上面这个是鳞角腹足蜗牛(Chrysomallon squamiferum),一种深海腹足动物(这是软体动物门下最大的一个分支,占所有软体动物的80%左右),它是已知唯一一种将铁元素装备到外壳(或内骨骼)的动物。
穿上“铁质盔甲”的它异常坚硬,从而避免被螃蟹等捕食者碾碎外壳。
您可能会好奇,鳞角腹足蜗牛是一种什么动物?为什么只有它能够利用铁元素来装备自己呢?
“鳞角腹足蜗牛”,国内大部分文章都叫它这个名字,但这个翻译不是特别准确,它更应该称为“xx螺”才是。
在英文中,所有带螺旋形外壳的腹足动物都被称为“snail”,但是在中文语境中对这类动物有更细致的分类,通常有厣(yǎn)的会被叫作螺,而没有厣的才会被叫作蜗牛,这个厣就是这类动物壳口的那个盖子。
当然,鳞角腹足蜗牛是有厣,只是它们成年个体的厣小到很难被发现而已(下面我会解释它的厣为什么退化)。
△ 成年鳞角腹足蜗牛的厣
不过,螺和蜗牛的区别并不是严格的生物学分类,所以下文我们还是以“鳞角腹足蜗牛”来称呼它。
鳞角腹足蜗牛生活在深海热液喷口处,目前只在印度洋的三个喷口处发现过它们的踪迹,分别是Kairei、Solitaire和龙旗,而这三个区域的深度从2400-2900米不等。
△ 鳞角腹足蜗牛生活的三个喷口处
有意思的是,这三个喷口的距离其实非常远,但这三个区域的鳞角腹足蜗牛的基因检测已被证实是同一物种。
这意味着这三个群落肯定以某种方式进行了交流,只是具体的目前还不得而知。
一些人认为,它们的幼体应该是会漂浮起来,以此进行了传播。
成年的鳞角腹足蜗牛是专性共生营养动物,完全依靠体内共生细菌的化能自养获取营养,它们的消化系统几乎完全退化,取而代之的是被称为食道腺的结构——那些共生菌就住在其中。
不过,幼年个体的消化系统还是相对完整的,是通过进食获取营养的,而且共生菌也是在幼年期间摄入的。
我们前面提到过,鳞角腹足蜗牛的厣非常小,其实原因很简单,因为它们养殖共生菌的食道腺占用空间太大了,导致它们根本无法像其它螺一样将身体完全缩入壳中。
所以它们的厣没什么用,并可能因此而几乎消失。
但是它们演化出了鳞片状结构——被称为骨片,用来包裹自己裸露在外的身体部分,提供一个保护作用。
鳞角腹足蜗牛与大部分生活在热液喷口旁的共生营养动物一样,与它们共生的是那些化能自养硫氧化细菌。
这些细菌能够通过硫化氢(H₂S)、硫代硫酸盐等还原性硫化物,再通过氧化反应释放出能量,并通过这些能量将海水中的二氧化碳固定,不停制造葡萄糖、氨基酸。
鳞角腹足蜗牛则直接吸收这些这些共生菌制造的营养,它们的嘴巴虽然依然清晰可见,但已经完全失去了应有的功能,它们是通过鳃摄入硫化氢等物质,并通过血液循环输送给食道腺内的共生菌。
由于它们需要通过血液循环输送氧气和硫化氢等物质给共生菌,所以这种蜗牛有着异常大的心脏——占到身体大4%。
△ 龙旗热液喷口的动物们
它们的“铁外壳”到底怎么回事?
深海的环境异常极端,大部分深海地区生物分布都非常稀疏,但是热液喷口是个例外。
这些喷口时刻都在喷出对生物有毒的、高达400℃的海水,环境算得上极端,但几乎每个喷口旁都生活着密度极高软体动物和节肢动物,形成一个有别于陆地的生态系统。
陆地的生态系统是以植物光合作用为基础的,而深海热液喷口的生态系统是以那些化能自养生物为基础的。
鳞角腹足蜗牛相当于是热液喷口的“食草动物”,它们也需要面对生态系统中的掠食者,特别是那些大螃蟹,它们的钳子可以碾碎普通的螺壳。
所以,鳞角腹足蜗牛必须装备自己的外壳,以及裸露在外的身体部分。
它们找到了方法,即用硫铁化合物装备自己的外壳和骨片,以此来提升外壳的硬度和保护裸露在外的身体。
它们的外壳被分成了三层,最外层是硫铁化合物(厚约30微米),中间层是有机角质(厚约150微米),最里面是碳酸钙(厚约250微米)。
这种复合材料组成的壳抗挤压能力至少提升了150%,目前是许多研究人员特别关注的焦点。
当然,我们现在只是了解它们的最外层是怎么回事而已。
©Chong Chen
上面这张图片上的三只都是鳞角腹足蜗牛,但是它们外壳的颜色明显是不同的,其实它们来自三个不同的群落,从做到右依次是,龙旗群落(左)、Kairei 群落(中)和Solitaire 群落(右)。
而之所以外层不同,是因为这三个喷口喷出的物质不一样,主要就是铁元素的含量不同,导致它们外壳不同。
Kairei 群落是金属黑,这是因为它们所在的喷口含有最高水平的铁,它们的外壳是硫铁化合物最厚的。
其实,这些硫铁化合物并不是鳞角腹足蜗牛自己生产的,关键还是与它们共生的微生物。
简单地说,那些共生菌生命过程产生了硫化物废物和一些特定的富硫蛋白质,这些物质被鳞角腹足蜗牛输送到鳞片和外壳的最外层,然后这些物质捕获海水中的铁离子并形成硫铁化合物。
它们外壳的硫铁化合物主要包括两种——Fe₃S₄ 和FeS₂,这两种化合物造就了它们壳的颜色,其中四硫化三铁是黑色的,而二硫化铁是黄色的。
△ Solitaire区域的鳞角腹足蜗牛
另外,四硫化三铁还是具有磁性的,所以鳞角腹足蜗牛会被磁铁吸住,这在整个动物界也算的上特殊。
Solitaire 喷口的铁元素只有Kairei的2%,所以生活在那里的鳞角腹足蜗牛颜色是乳黄色(主要是FeS₂在起作用),它缺少铁元素来装饰外壳,而龙旗群落外界的铁元素介于两者之间,它的壳有点黑,但主要也是显示黄色。
值得一提是,虽然鳞角腹足蜗牛外壳含铁化合物是在环境中自然合成的的,但是它们可以通过控制富硫蛋白质,来有效控制含铁化合物应该长在哪里,这也是动物界独一无二的。
不过,鳞角腹足蜗牛如今已经成了濒危物种,因为深海采矿破坏了它们的栖息地,它们也是第一种因人类的深海开发而濒危的物种。
参考
- [1].https://ocean.si.edu/ocean-life/invertebrates/meet-metal-snail-bottom-ocean
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