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黑暗侵袭:那些存在于洞穴之中的神秘生命

阅读: 2016-11-03 来自:网易科技 我要评论
本文为网易科学专稿,“科学人”网易科学旗下深度原创类栏目。投稿请联系:mike300@126.com 你听说过Spelunking这个单词吗?Spelunking,中文翻译为洞穴探险,这是一个听上去就很有趣的单词。其实,关于洞穴,还有一个单词speleology,中文翻译为洞穴生物学。这两个词的区别在于Spelunking指对洞穴的娱乐探索,而speleology指对洞穴的科学探索。洞穴...

黑暗侵袭:那些存在于洞穴之中的神秘生命

本文为网易科学专稿,“科学人”网易科学旗下深度原创类栏目。投稿请联系:mike300@126.com

你听说过Spelunking这个单词吗?Spelunking,中文翻译为洞穴探险,这是一个听上去就很有趣的单词。其实,关于洞穴,还有一个单词speleology,中文翻译为洞穴生物学。这两个词的区别在于Spelunking指对洞穴的娱乐探索,而speleology指对洞穴的科学探索。洞穴生物学就是一门是研究洞穴和洞穴生物的学科。

洞穴生物学家研究洞穴生物,以及洞穴的生态系统。对于研究来说,洞穴的独特环境条件使洞穴生活神秘且富有挑战性。洞穴环境处于恒定的黑暗和高湿度中。营养物质很难到达,许多洞穴含有对大多数生物致死的气体(如硫,甲烷)混合物。不过尽管如此,仍然有许多生物进化并适应生活在这个阴暗,漆黑的环境中。

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图:洞穴潜水

尽管洞穴环境似乎不适宜居住,但你会发现许多动物,昆虫,鱼类和甲壳类动物深入我们地球的洞穴。最为人们所知的洞穴居民也许是蝙蝠。其实,除了这些小型飞行兽,洞穴还为大量其他生物提供住处,包括鱼,蝾螈,昆虫,蜘蛛,虾,蟋蟀和各种真菌和细菌。有些动物以洞穴为家是以“兼职”的形式,比如熊,浣熊,甚至人类。

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图:无眼洞穴鱼(盲洞鱼)

盲洞鱼通过皮肤中的感觉细胞来感知附近水环境的运动,并由此适应环境。

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图:无眼洞穴蝎子

这只蝎子是科学家2006年在以色列的一个洞穴发现的。

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图:无眼洞穴虾

大多数洞穴物种实际上是数千甚至数百万年前从它所对应的地上物种演变而来的。这是怎么发生的呢?原来,在演化过程中,一些具有适应洞穴生存特征的物种会从群体中分离,并迁移到洞穴中。这种与其地上对应物种的分离有利于这些物种的繁殖并更适应地下生活。我们把这个过程称为回归演化。在这个过程中,一些物种失去了它原来的某些特征,如眼睛或皮肤色素沉着。虽然这听起来很奇怪和空想,但如果你想到你会居住在永恒的黑暗里,你真的不需要这些东西。

研究人员认为,通过研究这些物种的遗传适应性,我们能够更多地了解生命体是如何工作的。例如,洞穴动物是研究遗传性眼睛异常发育的优秀模型。此外,洞穴生物具有进化的代谢系统。在洞穴中,营养物质很难获得,洞穴生物的代谢能够在营养物质很少的前提下更加有效地工作。环境研究人员还打算将洞穴鱼类作为水质检测的指标。因为人类的大部分饮用水会在某些时间点通过一个洞穴生态系统。

洞穴生物包括哪些类型?

所有的洞穴生物都可以被分为以下三种类型。被归到哪一类取决于这个物种在洞穴中所花的时间。

第一类:Trogloxenes(洞穴游客)。我们可以通过研究这个词的起源来判定什么样的生物会被归到这一类中。Troglos是希腊语的“洞穴”,xenos是希腊语的“客人”。所以,Trogloxenes是一类洞穴游客。它们平时随意走动,使用洞穴的时间在其生命周期的特定部分,如冬眠,筑巢或分娩。Trogloxenes(洞穴游客)永远不会在洞穴里渡过其完整的生命周期。最为人所熟悉的Trogloxenes(洞穴游客)有蝙蝠,熊,臭鼬和浣熊。甚至飞蛾也是Trogloxenes(洞穴游客)。Trogloxenes(洞穴游客)在身体结构上没有对洞穴环境的适应性特征。

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图:洞穴蝾螈

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图:洞穴蝾螈

第二类:Troglophiles(洞穴爱好者)。troglos在希腊语中意为“洞穴”,phileo意为“爱”。爱?好吧,Troglophiles(洞穴爱好者)是一类可以在洞穴外生存的生物,但它们可能更喜欢住在里面。它们离开洞穴只是为了寻找食物。Troglophiles(洞穴爱好者)的一些例子包括甲虫,蠕虫,青蛙,蝾螈,蟋蟀甚至一些甲壳类动物如小龙虾。某种Troglophile(洞穴爱好者)可以在洞穴内部或洞穴外部的渡过它的一生。

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图:洞穴甲虫

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图:洞穴蟋蟀

最令人毛骨悚然,但也最令人着迷的洞穴生物类型是troglobites(洞穴生命)。让我们再来学习一次,troglos意为“洞穴”,-bios在这里意为“生命”。Troglobites会在一个洞穴中渡过它们的整个生命周期。它们只在洞穴中被发现,不能在洞穴外生存。Troglobites(洞穴生命)是适应于洞穴生活的生物。他们发育不良或缺失的眼睛,少量色素沉积和微弱的代谢使它们能够长时间没有食物。它们还拥有更长的四肢和触角,这使它们能够在黑暗中更有效地移动和定位食物。Troglobites包括洞穴鱼,洞穴小龙虾和小虾,千足虫,以及一些蝾螈类和昆虫。

洞穴里的生物生活在哪里?

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图:洞穴分区

Trogloxenes(洞穴游客),troglophiles(洞穴爱好者)和troglobites(洞穴生命)居住在洞穴的不同区域。洞口的环境与洞穴内部的环境有很大的不同。一个洞穴可以分为几个区域。

洞口区的环境最接近地面环境。洞口区能接收阳光的照射,具有昼夜温度变化和绿色植物。许多动物(如浣熊或熊)利用这个区域捕食,睡眠和筑巢。在洞口区,你会看到的生物有苔藓,蕨类,猫头鹰,蜗牛和蝾螈等。

进一步深入洞穴会进入洞穴暮光区。在暮光区,光线较少,所以植物不会真正生长在这里。温度保持基本恒定,但仍然会随着地面天气波动。生活在暮光区的生物需要潮湿和阴暗。在这里是许多Trogloxenes(洞穴游客)的栖息地,包括蛾类,蝙蝠,蜘蛛,千足虫和蘑菇。在暮色区发现的生物通常随意离开或进入洞穴。

进一步深入洞穴会来到洞穴黑暗区。在洞穴黑暗区,没有任何光线,温度保持恒定。Troglobites(洞穴生命)就生活在这里。由于适应在这种环境中生存,这些生物具有不发达的眼睛和长触角,几乎没有颜色。

洞穴里的生物吃什么?

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图:洞穴食物链

正如我们在生物课上所学到的,所有生命都离不开阳光——这是一个被称为光合作用的过程。这个定理即使对于洞穴的最深,最黑暗处(洞穴黑暗区)也是成立的。我们知道,没有绿色植物可以在黑暗区生长。那么,那些单独存在于黑暗区的有机体是如何生存的呢?答案很简单——通过食物链,就像我们星球上的一切。让我们仔细看看这个食物链。

食物进入洞穴的一种途径是通过自然天气事件,如洪水。过多的雨水会将叶子,树枝和植物冲进洞穴,为昆虫和其他动物提供小点心。另一种营养物质进入洞穴的方式是由trogloxenes(洞穴游客)和troglophiles(洞穴爱好者)简单地将其带入。

而洞穴生物的另一个食物来源你也许从没想过——Guano(蝙蝠粪)。Guano(蝙蝠粪)含有丰富的有机物,troglobites(洞穴生命)很喜欢以它为食。蝙蝠居住在洞穴深处,他们的粪便可能会堆积几英尺高和几英尺宽。很少有动物可以直接进食这些粪便,但在洞穴发现的细菌和真菌可以将蝙蝠粪分解成基本的食物和营养物质。

正如你所看到的,洞穴中的所有不同生物都依赖于彼此生存——这就是食物链。让我们再来仔细看看它的工作原理,从底部开始:

有机材料,例如蝙蝠粪,其他动物的排泄物和被雨水冲进洞穴的植物是真菌和细菌生存的港湾,它们以有机材料为食,并将其分解成简单的营养物。倒数第二层,千足虫和微小的甲壳类生物以真菌和细菌分解的营养物质为食。更大的昆虫,如洞穴甲虫,以这些千足虫,甲壳类生物甚至洞穴蟋蟀的卵为食。蜈蚣,洞穴蜘蛛,蝾螈和小龙虾以小于他们的昆虫为食。一些洞穴蜈蚣可以长得很大,是因为他们被发现以蝙蝠为食。

由于存在于洞穴食物链底部的生物比存在于顶部的生物多,洞穴食物链又可以被形象的称为洞穴食物金字塔。金字塔的底部有许多分解者,而进化的食肉动物更多分布在金字塔的顶部。

洞穴生物学的起源

洞穴生物学的起源可以追溯到17世纪晚期,当时,部分当地人在一些斯洛文尼亚山洞中发现了长达30.5厘米的蝾螈。这些蝾螈是已知的最大的troglobites(洞穴生命体)之一。尽管人类意识到洞穴生物学才短短几个世纪,但洞穴内的某些生物类型已经存在了数亿年。

洞穴生物学家必须深入洞穴内部才能对那里的生活展开研究。由于研究对象是洞穴,这个深入的过程可能需要科学家们努力挤进洞穴的内部。科学家们穿过长为60英尺(18米)长的狭窄洞口,进入一个寒冷,潮湿的地区。但只要他们进来,前方就会有无数的惊喜和发现在等待着他们。

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