冰冷生活的对策
南极洲罗斯海的麦克默多湾和南极大陆的其他地方一样,几乎全年被冰层覆盖。唯独在极其短暂的夏末,覆盖在罗斯海上的冰层才会暂时融化,但仅持续几个星期。这里有一个古老而又与世隔绝的群落。
麦克默多湾海冰一景。背景为正在活动的埃里伯斯火山。海冰和岩冰衔接的地方形成了一道冰脊。冰层之下也有相当壮观却罕见的景色。
南极的无脊椎动物,从海绵动物、海星到珊瑚虫、蟹,无不经历了漫长岁月的演化。大约2500万年前,当南极大陆继续向南漂移,最终脱离南美洲的时候,南大洋便成为一个完全环绕南极洲却没有被陆地分割开的大洋。南极绕极流逐渐增强,在相对温暖的北部水域和相对寒冷的南部水域间形成了一道天然的屏障。从此,南极地理隔离与生物独立演化开始了。
麦克默多湾中生活着丰富的硅藻、鞭毛虫、桡足动物和端足动物。在一年中的大部分时间里,它们一直以这里的细菌等微生物为食,并从小片冰中获取食物。在春季,当罗斯冰架底部的过冷水流入麦克默多湾时,片冰便得以形成。这种水没有生命,但它的影响却巨大而深远。冰晶无规则地在海冰下成形、聚拢,面积很大,增加了海冰生物群落的生存空间。如果某一年的冰层太薄,生物生存空间就会变得有限;如果过厚,则又会阻挡补给丰富营养的水流。理想状态下的冰层厚度为半米左右。水里的冰晶形成了锚冰,它像一条厚达30米的毯子一样盖在海床上。在此之下,由于压力过大,无法形成冰晶。锚冰和海床相互摩擦,断裂的冰块便携带着附着的生物浮至海冰处,并和片冰融合在一起。总的说来,能在这些区域的海底找到的一般都是海胆、海星、蠕虫、等足动物和鱼类等能够自由迁移的动物。
在15~30米深的水域,海葵、软珊瑚虫和海绵动物是整个生物群落的主要成员,但在30米以下的海域,生物种类更多。海绵动物生长缓慢,虽然在漫长的锚冰形成期会最终死亡,却为其他生物提供了主要生存和活动的场所:水螅长在海绵动物的顶部和侧面;羽毛管虫把它当作取食平台;鱼儿们或藏于其间,或在里面产卵;海星和裸鳃类动物(海蛞蝓)则以这些海绵动物为食。
春夏交替之际,锚冰开始融化,光合作用的加强使得海藻迅速繁殖,进而覆盖了整个冰层的表面。虽然棕色泥浆阻挡了属于海底浮游植物的阳光,但依赖弱光的生物群落却开始繁盛起来。在罗斯冰架的北部前缘有一个冰间湖,这是长期或较长时间保持无冰或仅被薄冰覆盖的冰间开阔水域。每年,冰间湖都会逐渐破冰开口,被太阳加热的温暖海水溢向罗斯岛,并于11月中旬到达麦克默多湾东侧。这些较温暖的海水替换了原先的过冷水,使薄冰之下的浮游生物得以大量繁殖。同时,冰层也渐渐被温暖的海水融化,使其中的生物暴露于海面。
南极海葵被海冰裂缝中透进的光照亮。它们是贪婪的捕食者,能捕捉大型动物,如海蜇。它们也可以四处游动,以避免碰到它们身后的锚冰。
大多数生物连同浮游生物一并沉入海底,海底也因此变得生机勃勃。不过,生机勃勃是相对而言的,因为在水温接近冰点的海水中,所有的动物都行动迟缓,动作几乎无法察觉。
在麦克默多湾,每隔一小段距离就有完全不同的生物栖息地。在东边,从南方刮来的冬季季风携带着雪花沿着罗斯岛的迎风面一路落下,逆风面则不下雪。这样,和被冰雪覆盖的区域相比,春天的阳光可以更早地照射进这里的水域。大量的阳光穿过冰架下的过冷水还没有到达的地方,这些水域底部的硅藻开始繁殖,像棕色的垫子一样覆盖海底。这为专以藻类为食,偶尔也食用端足动物、海绵动物和蠕虫的南极海胆提供了食物。
海草也生长在这里,有一种生长在浅海区域,其他一些生长在水深10~15米处。它们含有海胆无法承受的毒素,但是海胆可以充分利用它们。海胆将海草撕碎,并将它们黏于自己的刺上。这样,一件抵御海葵等敌害的海草“外套”就做好了,海葵一旦触碰到海草,就会缩回自己的触手。借用第三者的毒素是一种超值的防御手段。比如,裸鳃类动物利用软珊瑚虫的刺细胞保护自己;处于自由流动状态的小端足动物将长着“翅膀”的海蛞蝓放在背上,以防御鱼类的攻击。
大量的海星和吻蠕虫栖息在海豹尸体上,并以此为食。巨型吻蠕虫长度可达2米,在很远处就能闻到食物的气味。
一株巨型软珊瑚弯向一边,从海底搜寻食物。当珊瑚虫无法在水中找到食物时,它就会采取这样的方法弯向另一边。当它吃完周围的所有食物时,便会脱离所依附的物体,然后爬着并依附到新物体上。
麦克默多湾动物群落的一大特征是极度缺乏幼小的无脊椎动物,可能因为这里到处都是海星。海星从不挑食,海豹尸体、海豹排泄物、海绵动物和其他海星都是它们的食物。这种海星和南极海胆的统治地位在一定程度上也是其繁殖策略的结果。冬季末期,当大部分动物在海底只产少量的卵时,它们却在水中产下大量的卵,并释放出大量精液。这意味着幼卵不会马上被活跃的其他海星和海胆吃掉。幼卵有一个有利的开端,之后以细菌为食,到了夏天则以藻类为食。
在麦克默多湾西边的探索者海湾,虽然条件恶劣,却有一个完全不同的动物群落。来自罗斯冰架的过冷水在这里常年存在,因此除了有淡水流入的海边区域,这里的冰从不融化,且厚度可达到5米。极个别地区底部的冰层可达3米厚,这降低了营养物质混合在一起的可能性。光线无法穿过,动植物的繁殖能力也非常弱。即使在夏天,罗斯海的海水流到这里,也不带有任何养分和食物,因为食物早被吃光了。
这里有由极细的颗粒泥沙铺就的海底和存在了数千年的冰川径流,是扇贝的最佳生活场所,成千上万的扇贝栖息于此。一到夏天,在浅海冰块融化的区域,每平方米就有85只扇贝。在约30米的深处,扇贝密度下降,但大约每平方米也有20只。几乎没有什么可以影响扇贝的数量,因为这里连海星也很罕见。众所周知,过冷水不利于碳酸钙的形成,而扇贝的外壳主要由碳酸钙构成,所以它们很薄、很脆弱。在深海区,它们的成长速度较慢,体型也相对较小。
海胆和海星以海藻和硅藻为食。很多海胆会将有毒的海草披在背上。海葵发出攻击的话,会因为碰到这些有毒的海草而游开;海草也因为附着在海胆上,可以接收阳光并四处移动。
这种深度的海底,生存的典型动物是铅笔海胆、海蛇尾和有孔虫。有孔虫是在浅海区温暖海水中常见的单细胞动物,只能通过显微镜才能看到,然而在这里,它们却可以长到1厘米。其他两种是捕食者,它们会吃掉很多无脊椎动物的幼虫,包括扇贝的幼体。
另一种生活在此处的独特的无脊椎动物就是巨型软珊瑚。这种号称“深海珊瑚”的动物有1.5米高,珊瑚虫从水中取食,并收集水中的营养物质以及幼小的无脊椎动物。但是在这个水流几乎静止不动的地方,没有足够的食物,所以,巨型软珊瑚通过横扫四周来获得食物。它会改变珊瑚主干一侧的水压,以便弯向一边并可以接触到海底沉积物。珊瑚虫抓取该区域的所有食物后会直起身,然后弯向另一边,直到它捕食一整圈。更为神奇的是,巨型软珊瑚从不选择一个物体作为永久的依靠,它会脱离所依附的岩石或扇贝,像蠕虫一样,沿着海底爬向另一个有食物的地方。
极端的环境条件需要采取极端的策略。在如此寒冷的深海中,有着无数类似的奇特策略,而大多数我们还要继续观察才能知晓。
由硬珊瑚和坚硬的碳酸钙骨架构成的珊瑚礁。像植物一样,珊瑚虫相互争夺空间和阳光,长成各种形状。该图主要展现了桌面珊瑚、鹿角珊瑚和安氏杯形珊瑚。阳光使得珊瑚虫体内的微小生物(甲藻)进行光合作用,并产生糖分和氧气,为珊瑚虫所用。
生长在岩壁上的软珊瑚和茂盛的杯形珊瑚(绿色部分)。
有毒的火焰海胆上的一对伪装的科尔曼虾。它们只生活在火焰海胆上,除去火焰海胆上的一些尖硬突起作为它们生活的地方,而依靠其他突起来保护自己。作为回报,它们会清除宿主身上的岩屑和寄生物。这是珊瑚礁上许多共生关系中的一种。