书城童书海洋知识小百科-生物篇
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第20章 “小人物”也厉害(1)

“小人国”有什么“臣民”?

微生物可是地球上最早的居民,到处都有它们的踪迹。微生物王国是一个真正的“小人国”,这里的“臣民”分属于细菌、放线菌、真菌、病毒、类病毒、立克次氏体、衣原体、支原体等几大类。

微生物是自然界中最低等的生命形式,但却具有极强的抗热、抗寒、抗盐、抗干燥、抗酸、抗碱、抗缺氧、抗压、抗辐射及抗毒物等本领。从深1万多米、压力高达1000多个大气压的太平洋底到8.5万米高的大气层,从炎热的赤道海域到寒冷的南极冰川,从高盐度的死海到强酸和强碱性的环境,到处都可以找到微生物的踪迹。由于微生物只怕“明火”,所以地球上除活火山口以外,都是它们的活动领地。

微生物们的整个体表都具有吸收营养物质的机能,“胃口”分外庞大,微生物不仅能吃,而且还贪睡,在埃及金字塔中三四千年前的木乃伊上仍有活着的细菌,微生物的休眠本领真是令人惊叹不已。

微生物不分雌雄,它的繁殖方式与众不同。拿细菌来说,它们是靠自身分裂来繁衍后代的,只要条件适宜,通常20分钟就能分裂一次,1分为2,2变为4,4分成8……,就这样成倍成倍地分裂下去,这种呈几何级数的繁衍方式,可就使动、植物望尘莫及了。

海洋微生物是怎样分布的?

生物学家对海洋微生物进行了深入系统的研究后,发现海洋微生物主要由海洋细菌和海洋真菌组成。

海洋细菌只能在海洋中生长、繁殖,在海洋微生物中数量最大、分布也最广。它们是不含叶绿素和藻蓝素的海洋原核单细胞生物,个体直径一般在1微米以下,形状有球状、杆状、螺旋状或分枝丝状,具有坚韧的细胞壁,无真核。当海洋生态系统的动态平衡遭受某种破坏时,海洋细菌以它的敏感性和适应能力会极快地增大繁殖速度,迅速形成异常微生物区系,积极参与氧化、还原活动,调整和促进新的动态平衡的形成和发展。海洋细菌也参与海洋的沉积成岩作用。由于细菌的拮抗和溶菌作用,可以使从陆地进入海洋中的致病菌迅速死亡,因此,海水才有具有了杀菌作用。

真菌是一类具有真核结构、能形成孢子、营腐生或寄生生活的海洋生物。海洋真菌不到500种,仅相当于陆地真菌种数的1%。现知的深海真菌只有5种,采集样品的最大水深为5315米。海洋真菌参与有机物质的分解和无机营养物的再生过程,能为海洋生物不断提供有效营养,在食物链中占有十分重要的位置。

海洋中的微生物有什么分布规律呢?从水平分布看,离岸越远,菌数越少。由于受富含有机物内陆水体的影响,港口海水每毫升约含10万个细菌,内海约在500个左右,而4千米以外的外海就只有10个~250个了。

在水层分布中,细菌就随深度的增加而减少,但接近海底菌数又有所增加。数量最多的地方不是海面,而是在5米~20米的水层中。20米~25米以下,菌数随深度的增加而减少,在海底沉积物中,细菌含量很高,每克湿重沉积物中所含细菌的数量可高达100个。

细菌能发光吗?

在地球上,也有不发热而只发光的光源,这就是生物发光,人们风趣地把这种光称为“冷光”。科学家经研究确定,海洋中共有70多种细菌能发光,有的生活在海水中,更多的是寄生、共生在鱼、虾、贝、蟹等海洋动物体内,或存在于它们的尸体中,使它的宿主也成了发光体。海洋发光细菌最喜欢生活在摄氏18℃~25℃的海水中,在热带和温带的海域中,人们往往还会有幸看到它们那令人赞叹的发光现象呢。

当成千上万的发光细菌聚集在夜空下的海水中,海风骤起,吹皱闪闪发光的海面,激起层层的流花,看上去就像一条条火舌在海上飞舞,光芒四射,像节日的焰火一样。当鱼虾年老力衰,长眠于海底之后,有时它们的尸体还会熠熠发光,甚至在20米以内人们竟能在昏暗的海底把它们辨认出来。原来,那是腐生在它们尸体上的发光细菌在作怪。海洋中除了大量的发光细菌外,还有很多动物能发光。

发光细菌的发光效率高得出奇,1平方毫米的海洋细菌群体所发出的光,就相当于一支普通烛的光。在某些化学药品的激发下,能在一瞬间把细菌发光强度提高许多倍。于是有人根据这个原理,设计出一种新颖的“细菌探测仪”。这种仪器内部安装着带有细菌培养基的胶囊,每个胶囊里培养着一种细菌,它们对各种化学物质反应的敏感性是不同的。

细菌跟雨雪有多大关系?

高空中的水蒸气要变成雨滴下来,必须有能使水蒸气分子凝聚的核。过去一直认为,地面上升的尘埃和离子,就是促进这个变化的凝聚核。

美国气象学家在一次气象学会上宣称,大量的细菌可能是导致降雨的重要原因。那么,天空从哪儿来这么多的细菌呢?这位美国专家认为,海洋是产生细菌的摇篮,它们多漂浮在海面,喧啸的海浪里带有无数气泡,这些气泡在到达海面后就会破裂,气泡中的细菌便随着海面上升的气流被带到空中,其移动速度每小时可达100千米。然后,气流又把它们带到大气的上层,当细菌到达充满水蒸气的地区时,就会成为水滴的凝聚核,形成雨水下降了。十分有趣的是,当气象学家把分离的23种微生物送入充满蒸馏水汽雾的密室做人工降雨实验时,竟意外地发现,有三种细菌能充当晶核,可以使水汽变成雪花呢。

最近,美国科学家已成功地掌握了利用细菌造雪的方法。当气温降到零下7℃时,7克细菌便可使1000加仑水变成雪花。人们利用细菌造雪,可控制雪的质量和结构,还能帮助滑雪胜地摆脱天然雪的局限性,延长雪的冰冻期呢,当然,人们也更有希望用它在天空催云播雪。

方型细菌是怎样来的?

自然界有时也会按人们意想不到的法则来创造生命。在内西奈半岛海岸有个与大海相通的盐水池,盐的浓度达到了饱和状态。英国学者沃尔斯比在观察水样时,发现载玻片的水膜上漂浮着一些小方块。起初,他以为这只不过是一些细菌的碎片,进一步观察后,他发现这些碎片能按照细菌生长的方法分裂增殖,他这才确信又发现了一种世上所罕见的方形细菌。在显微镜下,这种奇特的细菌呈正方形或长方形,边长1.5微米~2微米,厚0.2微米~0.5微米,也有呈三角形或不等边形的。它的增殖方法非常特别,首先是在细胞中间形成细胞膜,使细菌一分为二并相连成“日”字形;然后沿分裂线的垂直线二次分裂,像个“田”字形,直到分裂成16个细菌时仍连在一起,就像一版没有撕开的邮票一样。此后,相连的细菌各自分开,成为独立的个体。

他们在盐水池中一共发现5种细菌,其中方形细菌占有绝对优势。这种优势的形成似乎与它们的细菌结构有关。方形细菌的细胞增加了浮力,使它们就像充气的坐垫一样漂浮在盐水池的表面。这种细菌为什么选择了独特的方形结构呢?它们在近乎饱和的盐水中是怎样生活的?这些都是待解之谜。

细菌和电磁学有关系吗?

国外已出现许多研制细菌电池的报告,其中也有海洋细菌。这种自身就能发电的细菌,是美国加利福尼亚大学的施特尼可斯在死海和大盐湖里发现的,它是一种名为视紫红质的嗜盐杆菌。这种杆菌的细胞内有一道叫做视紫红质的紫红蛋白质构成的薄膜,这种薄膜就是一道天然的能量转换器。当阳光照射在薄膜上时,便能产生能量把氢离子挤出去,而使被激沉的质子从膜的一面转移到另一面,它的空穴又被另一个质子所取代,每秒钟通过薄膜的质子约300个,就形成了电流。

现在国外已将它用于航道灯、信号灯、机场跑道指示灯的电源了。这些细菌还有可能用到海水淡化、无线电通讯及宇航飞船上呢。

1975年,美国的一位科学家在美国东北部沿海进行考察时,在海底沉积物中发现了一种很奇怪的细菌。这种放在盘子中的细菌样品,就像受到什么力量的支配,总是聚集在盘子的北边,当他转动盘子时,这些细菌就不断向北移。他很快联想到,也许是地球的磁场对细菌产生的影响。于是,他又做了一个有趣的实验,他拿起一小块磁铁在盘子上方移动,结果发现细菌被磁力所吸引着,追随着磁铁游来游去。这一发现引起了麻省理工学院专家理查德的兴趣,又经过反复研究,终于揭开了其中的秘密。原来,这种细菌的细胞内有一种类似指南针的天然定向器,它是由22个~25个大小约0.05微米的磁铁微粒构成的。这一发现,对于研究动物和其他生物的回归机制提供了重要的线索。它充分说明生物在地球磁场中的定向运动,是通过永久磁性物质形成的体内“指南针”进行的。有人提出一个新奇的设想:如果把这种细菌的磁铁微粒掺入药液中,再把药液注射到病人血液里,并在患病器官的周围造成一个局部磁场,这样不就可使药物定向起作用了吗?

细茵能成为采矿能手吗?

海洋是个巨大的天然资源宝库,不仅为众多的珍稀海洋生物提供了广阔的生活空间,还蕴藏着丰富的金属和非金属矿藏。海水中含有80多种金属和非金属元素,如镁有2100万亿吨,钾600万亿吨,溴100万亿吨,碘900多亿吨,金550万吨,银4亿吨。许多陆地上的稀有金属,如铀、锶、铷、锂等,海水中的储量也十分丰富。但大多数元素在海水中的浓度太低,现在还无法被开发利用。至今人们还只能从海水中提取氯、钠、溴、镁、碘、钾等少数几种元素。如海水里溶解有45亿吨铀,比陆地上已探明的铀矿储量要多2000倍!然而300吨海水中仅含有1克铀,采集起来相当困难。

科学家发现:有些海洋微生物具有富集某些元素的本领,如果我们发现能够富集某些化学元素的微生物,再利用它们繁殖快、数量大的特点,把它们释放到海水里大量繁殖,让它们从海水中“吃饱喝足”各种矿物元素,然后再想办法把它们收集起来,便可以提取出各种有用物质来了。可以预见,在不久的将来,海洋微生物将有望在海水采矿事业中大显身手。

海底火山口也有生物吗?

1991年4月,有3名科研人员乘“阿尔文”号潜水艇潜入水下2400米深处进行科学考察。他们沿着阿卡普尔科东南805千米处的火山脊——东太平洋海丘调查,发现在温度高达400℃的水域中水面上布满了烧焦的蠕虫和贝壳的尸体。

让科研人员惊讶的是,海底热液喷出口生物竞依赖溶解于热水中的硫化氢维持生命。硫化氢对大多数生物来说都是剧毒物质,令人费解的是在这种环境中存活的微生物不但已经适应了硫化氢的毒性,而且还能够利用它完成新陈代谢的生命过程。

微小的管生蠕虫也出现了,因为成年的蠕虫在海底不移动,据猜测它们是在幼体时,从其他喷发口游过来的。这些蠕虫没有肠胃,也没有口腔,不能吃东西,只能依赖海水中的微生物为生。微生物为蠕虫提供维持生命的能量,同时也在蠕虫身上找到寄生地。直到1993年12月又发现小蠕虫已经被巨大的管生蠕虫所替代。这些大蠕虫可长达2米,它们每天增长1毫米~2毫米,是地球上生长最快的海洋无脊椎动物了。

1994年10月,卢茨在火山喷发口还看到了短齿蛤和龙介虫。这两种动物都是从海水中过滤食物的。仅过了一年,短齿蛤的数量就有所增加并盘踞在管生蠕虫上面,有些蛤甚至离开洋底完全寄生在管生蠕虫上面。卢茨推测,短齿蛤很快就会将蠕虫赶走,独占地盘的。人们一直认为白蛤是海底喷出口的典型动物,在喷出口占支配地位。但奇怪的是,它居然没有出现。卢茨的猜测是:白蛤在晚些时候——热喷口比较成熟以后才会出现。白蛤以共生的微生物为能量,但是人们至今还无法解释它们是怎样从一个火山喷发口转移到另一个火山喷发口的。

原生动物是个什么家族?

原生动物即动物界中最初出现的、最低等的动物,身体多由一个细胞构成,又称为单细胞动物。但是,它又不同于高等动物体内的一个细胞,因为它具有运动、消化、呼吸、排泄、生殖、感应等各种生活机能。换句话说,它虽然没有各种器官,但却与整个高等动物体相当,是一个能独立生活的有机体。因此,作为动物,它是最简单的;而作为细胞,它又是最复杂的。