環境與生態

海洋小怪物-像植物也像動物

科學家過去把海洋浮游生物區分成浮游植物和浮游動物兩大類群,但現在發現其中有更大一群是兼具雙重身分的混營生物,看似雜而不精,實則佔盡生存優勢,對於穩定魚類族群甚至減緩全球暖化也扮演重要角色。

撰文/密特拉(Aditee Mitra)
翻譯/王心瑩

環境與生態

海洋小怪物-像植物也像動物

科學家過去把海洋浮游生物區分成浮游植物和浮游動物兩大類群,但現在發現其中有更大一群是兼具雙重身分的混營生物,看似雜而不精,實則佔盡生存優勢,對於穩定魚類族群甚至減緩全球暖化也扮演重要角色。

撰文/密特拉(Aditee Mitra)
翻譯/王心瑩


燦爛的夏日陽光遍灑於西班牙外海的溫暖水域,大海看起來平靜無波。海面附近有一大群肉眼看不見的微小浮游生物,有些是粉橘色,有些呈暗綠色,它們慵懶地繞圈游動,吸收太陽光,透過光合作用以太陽能製造養份。


突然間,一種有觸手的生物蜿蜒穿越水域,受到一些較小型生物溢漏的糖份和胺基酸吸引而來;它屬於中縊蟲屬(Mesodinium),大小約22微米,在那些吸收陽光的3微米浮游生物旁邊簡直是龐然大物。它猛然伸出觸手,捲住不幸的綠色獵物──微細鞭毛蟲(nanoflagellate),把它們整個吞下、消化。


儘管同樣殘酷,不過這種掠食者對粉色的隱芽植物(cryptophyte)比較挑剔:它把隱芽植物的大部份都消化分解掉,但完整保存其光合作用胞器。過沒幾分鐘,淡色的中縊蟲開始變成深紅色,因為體內塞滿了搶來的葉綠體與核小體,外觀、功能皆保持完好。中縊蟲無法像真正的光合作用生物一樣吸收並利用二氧化碳,因此仰賴其他生物的葉綠體來達成任務。這種生物像動物一樣獵食,同時也像植物會進行光合作用,如此的雙重策略稱為混營性(mixotrophy)。


然而中縊蟲持有這些戰利品的時間不會太長。附近還潛伏著另一種鰭藻屬(Dinophysis)的混營生物,這是渦鞭藻的一類,體型稍大且施展不同的掠食技巧。它先在中縊蟲旁繞圈,接著射出貌似魚叉的絲線,讓中縊蟲無法動彈。然後獵人發動最後一擊,用外觀和作用都像吸管的肉柄(peduncle)這種附器刺穿獵物、吸出內含物,包括搶來的葉綠體。這個「三手」的光合作用工廠被吸入新宿主體內,開始幫鰭藻努力工作,為它終生提供能量。至於中縊蟲這原本的屠夫兼強盜,遺骸早已不知漂向何方。


除了上述兩種單細胞殺手,其實還有幾十億個數不盡的混營浮游生物優游於海洋。有很長一段時間,多數海洋生物學家都把混營生物視為次要的異類;這是相對於單細胞浮游生物的兩大類群而言,一般認為這兩類是海洋食物網的基礎。兩大類群之一是類似植物的浮游植物,利用光和硝酸鹽之類的無機養份來生長、繁衍;另一個類群是像動物的浮游動物,以浮游植物為食。在這過程中,養份逐一傳遞給食物網上層的較大型動物。而歸類在這兩個類群之外的混營生物,一般認為是生長效率差的怪物,雜而不精、毫無專長。(陸地上也有一些罕見的混營生物,例如食蟲植物捕蠅草。)


但這種關於海洋食物網的傳統觀點是錯的。我和同事針對浮游生物族群進行實驗、觀察並建立模型,最近已找到證據,顯示多數的單細胞浮游生物既非純粹類似植物、也不是純粹吃植物,事實上大多數都是混營生物。這就表示,食物網從底層乃至上層的一切,並非如我們認定的方式來運作。如果多數的浮游生物真是混營生物,它們的數量就不會明確受限於光合作用,而是可透過進食而增加。此外它們若能運用太陽能,也可對依賴進食的生長過程提供額外助力。這些能力帶來許多漣漪般的效應,對大氣乃至魚類都造成影響。例如混營生物的活動規模若較大,將會增進海洋的固碳效率,有助吸取海水和空氣中造成暖化的二氧化碳、將之固定於海底沉積層;混營生物也可能較不易受到隨季節消長的陽光所影響。這樣的靈活度和恢復力都是優點。有益的混營生物族群可為更多魚苗提供食物,進而增加人類的食物供應量。不過也可能導致負面後果,有些混營生物會產生有害的藻華,霸佔貝類的孵化場,並導致魚類大量死亡。


如果這種新的海洋生物學觀點是合理的,即如同我最近的發現和其他科學家所揭示的,那就表示原本視浮游動物和浮游植物為海洋食物網基礎的海洋生態學理論不再經得起考驗──海浪之間漂浮著一群古怪而且強大的獨特生物。


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