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举个栗子:“荧光海滩”是怎么回事?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-17) 280次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:“荧光海滩”是怎么回事?

最近住在大连的居民们发现,甘井子区大黑石浴场附近出现了大片的蓝色发光海水,夜间的大黑石海边确实荧光闪闪,犹如“星河”,吸引不少附近市民和大学生前来观景。

那么,这种“荧光海滩”是如何形成的呢?它的出现意味着什么?

大连的荧光海滩,实际上是一种生物发光(Bioluminescence)现象。所谓生物发光现象,是指生物通过体内的一定化学反应,将化学能转化为光能而释放的过程。萤火虫的发光就是最为人所知的一种生物发光现象。

海水中能够发光的生物种类相当多样,从单细胞的甲藻类,到腔肠动物诸如发光水母、环节动物如海生多毛类、软体动物如各种发光头足类、以至于节肢动物的磷虾和海萤等。从大连这次“荧光海滩”现象来看,可以排除体型较大水母和头足类,而海萤等节肢动物无法产生如此强烈的荧光,因此最有可能的是甲藻类单细胞生物繁殖所致。

甲藻是一类非常原始的单细胞藻类,它的很多特征介于属于原核生物的细菌和属于真核生物的原生生物之间,目前普遍将其归为双鞭毛藻类。甲藻是躯体通常被纤维素质的甲板覆盖,在甲板间形成的沟里具有 2-3 条鞭毛,藻体依靠这些鞭毛得以在水中游动和摄食。

甲藻中的许多种类可以发光,我国沿海最为常见的是夜光虫(Noctiluca scintillans),也包括其他如膝沟藻(Gonyaulax spp.)等种类。夜光虫是甲藻中形态较为特殊的一类,其藻体没有甲板包被,藻体较大,通常缺乏叶绿体,多依靠其鞭毛摄食原核生物或其他藻类为食。

夜光虫得名于其受刺激后能够发光的特性。夜光虫发光源于其细胞内的荧光素-荧光素酶反应。荧光素是一类小分子物质,它能作为底物和荧光素酶结合,结合后荧光素酶则使用 ATP 使得荧光素释放荧光,完成化学能向光能的转化。近年来的研究显示,夜光虫的发光机理,在于受到外界刺激后,藻体内液泡膜上可产生类似动物神经细胞膜动作电位的电化学变化,这种变化使得液泡膜上对电压敏感的质子通道开放,使液泡内的质子可以进入液泡膜上称为闪光体(scintillons)的小囊内,激活其中含有的荧光素酶,从而产生荧光。其他类型的甲藻也可能具有类似的发光机制。

对于甲藻来说,这种生物发光现象可能是一种防御措施。当被以它为食的浮游动物等捕食者扰动时,发出的荧光能够吸引感官更敏锐的鱼类等更高营养级捕食者,从而驱离其直接捕食者。而对于人类来说,甲藻类形成的“荧光海滩”景色虽具有观赏价值,但它背后所隐藏的信息值得人们提高警惕。这是由于以夜光虫为代表的甲藻类大量繁殖,以至于出现很强的荧光现象,表明这一地区海水内诸如磷、钾、铁等营养因子含量上升,使得甲藻作为食物的细菌、蓝细菌和单细胞藻类数量增加。这是海水富营养化的先兆之一。如果进一步发展,有可能造成甲藻的爆发性增长,从而形成赤潮。甲藻类是我国近海赤潮最主要的藻类组成。其大量的繁殖、死亡和分解,会大量消耗水体中的氧气,造成其他海洋生物窒息死亡,严重威胁海水养殖产业。同时,甲藻等在生长过程中会合成多种毒素如短裸甲藻毒素(BTX)等,这些毒素可通过富集作用累积在贝类等海产体内,造成食品安全风险增加。因此,对于“荧光海滩”的出现,相关部门应加强水质监测,查明发生原因,并对可能出现的环境风险做好相应准备。


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