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第5章 藻类——进化的初起(2)

藻类植物是地球上最重要的初级生产者,它们进行着光合作用,其生产碳水化合物的总量约为高等植物的7倍,同时,一些有固氮能力的藻类(和固氮细菌)每年能固定约1.7亿吨氮,成为影响土壤肥力的重要因素之一。因此,藻类不仅是生物体最重要的食物源,而且其在光合作用中释放出的氧也是大气中氧的重要来源。它们对自然生态系统的物质循环及环境质量有着深刻的影响。

藻类广泛地分布在海洋和各种内陆水体(包括湖泊、水库、江河、溪水、沼泽、池塘、泉水、冰雪等)以及潮湿地表中,其中生长在内陆淡水水体中的为淡水藻,分布于海洋和内陆咸水水体中的为咸水藻,包括原核生物中的蓝藻门、原生生物的硅藻门、甲藻门、金藻门、黄藻门、隐藻门、裸藻门以及属于植物界的红藻门、褐藻门、绿藻门和轮藻门。除蓝藻门外,其他各门的藻类已经普遍具有了叶绿体;叶绿体意味着植物体能更加高效地利用光能,是高等植物具备的特点之一。

昼为“赤潮”,夜为“海火”——甲藻

在一些海域,每到夜晚人们便会经常看到一片片乳白色或蓝绿色的“火光一些迷信的人们认为这是“海妖”奉了“龙王”的指示前来讨命的,于是乎连忙设祭祷告……

实际上,这些“火光”是由于大量会发光的浮游生物紧密地聚集在一起而引起的。常在这些区域的渔民们把这种生物光叫做“海火”。发光的海洋植物,主要是一类叫做“甲藻”的生物,虽然甲藻体形很小,只有借助显微镜才能看到它们的真身,但是如果数量巨大、又集群地生活在一起时,它们就能够发出十分明亮的光来。“海火”主要就是由这些会发光的甲藻引起的。

生物发光现象其实早已引起古人的注意,并积极地应用到了生产实践中。《古今秘苑》中就曾记载:渔民们把羊膀胱揉薄吹胀,装人大量的萤火虫,沉入水下,以吸引鱼虾,然后聚而捕之。这就是我国古代利用生物光捕鱼的新技术。“海火”还是渔民寻找鱼群的重要线索,在发生强烈的“海火”的地方必然浮游生物密集,那里往往有较大的鱼群出没。甚至在军事上也记载过根据敌舰在夜航时扬起的“海火”发现和跟踪敌人,尔后大破敌军的战例。

甲藻门生物体在全世界约有130属,1000多种。多数为海产种类,少数产于淡水及半咸水水体中。中国常见的淡水种类有4个属15种,少数采取共生或寄生的生活方式。甲藻门生物多分布于温暖水域中,而在寒冷水体中能够存活的较少。该门生物中在海洋生活的生物体种类的形态变化较大,但是仍然具有一些共性:植物体除少数为丝状或球状类型外,大多数为具鞭毛的单细胞游动种类。其中纵裂甲藻纲的细胞壁由2片组成,横裂甲藻纲由横沟(或称腰带)把细胞分成上、下两部分,分别称为上锥部和下锥部。壳体或为整块,但多数是由若干多角形的板片组成,板片的数目和排列方式是分类的主要依据;在细胞腹面具与横沟垂直而向后端延伸的纵沟。甲藻门生物的鞭毛多为2条,多为顶生或从横沟与纵沟相交处各自的鞭毛孔伸出。横鞭毛带状,环绕在横沟内,纵鞭毛线状,沿纵沟向后伸出。

赤潮其实是伴随着浮游生物的骤然大量增殖而直接或间接发生的现象。

实际上,水面变色的情况甚多,如厄水(海水变绿褐色)、苦潮(即赤潮,海水变赤色)、青潮(海水变蓝色)及淡水中的水华等。构成赤潮的浮游生物种类很多,但其中甲藻属于优势种。近年来,随着城市和工业废水的增加而出现了富营养化,在很多海域都有赤潮频发。

渔民们常说“赤潮过处,鱼虾难留”,那是因为甲藻门生物会分泌出毒素,当鱼、贝类处于有毒赤潮区域内,摄食这些有毒生物,虽不能被毒死,但生物毒素可在体内积累,其含量大大超过其耐受的水平。这些鱼虾、贝类如果不慎被人食用,就引起人体中毒,严重时可导致死亡。

由赤潮引发的赤潮毒素统称“贝毒”,目前确定有10余种贝毒其毒性比眼镜蛇毒素高80倍,比一般的麻醉剂,如普鲁卡因、可卡因还强10万多倍。贝毒中毒症状为:初期唇舌麻木,发展到四肢麻木,并伴有头晕、恶心、胸闷、站立不稳、腹痛、呕吐等,严重者出现昏迷、呼吸困难。据统计,全世界因赤潮毒素的贝类中毒事件约300多起,死亡300多人。

与珊瑚共舞——珊瑚藻

在20世纪60年代,一批中国科考工作者在珠穆朗玛峰地区进行实地考察。当他们进行发掘地层、研究地理情况的工作时,偶然发现了一种名叫小石孔藻的珊瑚藻化石。

奇怪的是,这种只能生长在热带或亚热带海域中的藻类生物,为什么会出现在珠峰上呢?

难道说在数亿年前的热带或亚热带地区就已经存在了珊瑚藻?同时热爱海藻装饰、旅游以及登山这三项活动的智慧生物,而且无巧不巧地把它的“珊瑚藻项链”遗失在了珠峰上?

经过科学家们的研究论证认为:现在的珠峰地区曾经是一片汪洋,气候湿润,小鱼海里游,花草水边长,生机勃勃。然而后来印度板块向这里漂来,发生碰撞,就撞出了包括珠穆朗玛峰在内的喜玛拉雅山脉,并且他们认为世界许多高大的山脉都是因为板块间的碰撞产生的。

珊瑚藻按照生物分类学的划分来讲是属于红藻中珊瑚藻科,大多生活在温暖海洋中。

藻体短小且丛生,底端一般都是固定在鹿角珊瑚礁上或浅海的岩穴内。它们的形状也同珊瑚虫相似,于是这些曾经被冷落在人类视野之外的生物也就摇身一变,被笼统地当作“珊瑚虫”对待。就连18世纪的生物分类学家林奈也信誓旦旦地说珊瑚完全是由动物形成的,依据是珊瑚藻的体内充满了钙质。尽管钙化的植物很少见到,但区别动物和植物的分界线不全在钙质,而主要在于植物体内具有叶绿素,能够依靠光合作用生活,不像动物靠吞食别的生物为生。

珊瑚藻的分枝数次重复分叉,外形呈现为羽状;枝扁平,有明显的分节,同时因为体内含钙质较多,所以粗糙而坚硬。

大陆漂移说与魏格纳19世纪以前,人们尚未系统地研究地球整体的地质构造。

1910年,德国地球物理学家阿尔弗雷德·魏格纳在偶然翻阅世界地图时,发现了一个奇特的现象:大西洋的两岸——欧洲和非洲的西海岸遥对北南美洲的东海岸,轮廓非常相似,如果从地图上把这两块大陆剪下来,再拼在一起,就能拼凑成一个大致上吻合的整体。,把南美洲跟非洲的轮廓比较一下,更可以清楚地看出这一点:远远深入大西洋南部的巴西的凸出部分,正好可以嵌入非洲西海岸几内亚湾的凹进部分。而后,魏格纳从地质学、生物学和古生物学、古气候学等方面对它进行了大量卓越的论证,并形成了一个大胆的假设:在距今3亿年前,地球上所有的大陆和岛屿都连接在一块,是一个庞大的原始大陆——泛大陆。泛大陆被一个更加辽阔的原始大洋所包围。后来,从大约距今两亿年时,泛大陆先后在多处出现裂缝。每一裂缝的两侧,向相反的方向移动。裂缝不断扩大,海水侵入,就产生了新的海洋。相反地,原始大洋则逐渐缩小。分裂开的陆块各自漂移到现在的位置,形成了今天人们所熟悉的陆地分布状态。

大陆漂移说一经提出,就在地质学界引起轩然大波。年轻一代为此理论欢呼,认为开创了地质学的新时代,但老一代均不承认这一新学说。魏格纳在反对声中继续为他的理论搜集证据,为此他又两次去格陵兰考察,发现格陵兰岛相对于欧洲大陆依然有漂移运动,他测出的漂移速度是每年约1米。

1930年1月2日,魏格纳在第4次考察格陵兰时遭到暴风雪的袭击,倒在茫茫雪原上,那是他50岁生日的第二天。直到次年4月,搜索队才找到他的遗体。

珊瑚藻在我国青岛、舟山等地都有分布。值得注意的是当它们出现在高山、陆地时,则意味着它们已停止了生命,成了化石。同时会失去色彩,完全变成了一块石头。只有在海洋里,才会出现这样的奇迹:有些活着的“石头”能在海水里生长、繁殖、死亡,走完生命过程的每一环节。

珊瑚藻除了具有进行光合作用的叶绿素外,还有红藻的藻红素,这样,它们就因为体内所含的色素不同,而呈现出绿、红、紫等美丽的颜色。这样,它们应该是属于低等植物的藻类。珊瑚藻是属于真红藻亚纲隐丝藻目中最丰富、种类最多的—个科,叫“珊瑚藻科”。

在热带、亚热带海域,珊瑚藻或同珊瑚虫协作,或者独立地建造起珊瑚礁。特别是皮壳状的珊瑚藻,它们从南沙群岛到西沙群岛,从马绍尔群岛到所罗门群岛,建造起了壮观的“海藻脊”。珊瑚藻喜欢在波涛汹涌的礁缘上生长,在海面时隐时现,不断繁殖,扩展自己的藻体。

珊瑚藻对人体的功用研究得并不多。《本草纲目》中记述了一种叫做“海浮石”的植物,它们是由岩石、珊瑚虫体、还有一部分珊瑚藻组成。书中说它有止咳、清心降火、消积块、化老痰、清瘤瘿结核疝气、下气、消疮肿等功效。山东黄县桑岛产的“海浮石”就属于皮壳状珊瑚藻,主要是石枝藻属一类。年产量仅有5000多千克,十分珍贵。

珊瑚藻的钙化藻体不像那些非钙化的藻类被地质变化消灭得无影无踪,而能够在漫长的地质年代变迁中保存着自己的面目——化石,具有生物学和地质学研究的价值。它对于开发石油资源,发现大型海相碳酸盐型油田有重大的意义。

动物还是植物——眼虫藻

假如眼虫藻永远沉浸在模棱两可的状态中“自得其乐”,同时只热衷于划动它们的鞭毛盲目地四处游荡,那么就不会有我们今天这个五彩缤纷的世界了。

当然,也就不会有我们人类了。好在事情并非如此。

突然把眼虫藻和我们人类的命运联系到了一起好像是有点突兀。那么,让我们将目光投向海洋吧,最原始的生命在这里产生、演化,逐渐地海洋里出现了最早的原始单细胞生物。其中有一种小东西叫“眼虫藻”,也叫“眼虫”。眼虫藻生活在淡水中,池塘、水沟和流速缓慢的溪水里,都有它们的踪迹。在温暖季节,它们常常会大量繁殖,使水呈现出一片绿色。

眼虫藻,亦称“裸藻”。属于眼虫藻门眼虫藻科。眼虫藻身体微小,体长仅有约60微米,人们必须凭借显微镜才能看到它的真面目。眼虫藻的身体由1个细胞组成,形状像个织布的梭子。它的体表没有细胞壁,由细胞的质膜直接与外界接触。身体前端有一个胞口,从胞口中伸出一条鞭毛,鞭毛是一种运动胞器,眼虫藻主要依靠鞭毛的摆动在水中自由运动。胞口下方连接胞咽,胞咽末端膨大成储蓄胞,储蓄胞周围有伸缩泡,储蓄胞和伸缩泡能收集和排出细胞中多余水分和代谢废物。在细胞质中分散着大量卵圆形的叶绿体——叶绿体是眼虫藻进行光合作用、制造有机养料的场所。在靠近胞咽处还生有—个红色眼点,眼点是一种感觉胞器,眼虫藻用它感受光线的刺激,趋向适宜的光线,以利于光合作用的进行。

眼虫藻既有动物特征,又有植物特征。我们知道,动植物细胞在结构方面,主要区别有3点:植物细胞有细胞壁、液泡和质体(质体包含叶绿体、白色体和杂色体),而动物细胞则没有这三种结构。

眼虫藻的细胞中有质体,但没有细胞壁和液泡。在身体的其他结构方面,眼虫藻有储蓄胞和伸缩泡,而这两种结构只在原生动物细胞中存在,植物细胞中从没发现过。不仅眼虫藻的身体结构具有两重性,它的营养方式也同样具有动植物两方面的特征。一方面,它依靠自己体内的叶绿体,进行光合作用,制造有机养料;另一方面,它又依靠自己身体的渗透作用,直接从水中吸收现成的有机物质,而且它还用胞口和胞咽,吞吃周围环境中的颗粒状有机物。不言而喻,前一种营养方式是植物的营养方式,而后一种则属于动物的营养方式。

眼虫藻的这些两重性的特点,在历史上曾引起了植物学家和动物学家的争论,植物学家根据眼虫藻具有叶绿体,并能进行光合作用而坚持认为它是植物,并根据它没有细胞壁,原生质裸露的特点,将它命名为“裸藻”;动物学家则根据其无细胞壁和液泡,具有胞口、胞咽、储蓄胞、伸缩泡等结构,而具有动物性营养方式而认定它是动物,并根据其具有眼点的特点,将之命名为“眼虫”。双方各持己见,使眼虫(或称眼虫藻)成了“脚踩两只船”的生物,出现了动物学和植物学都有关于它的号门论述的奇特现象。

根据达尔文的进化论解释,现今地球上200万种动、植物,都是由一种或几种原始生物经过长期演化逐渐形成的,在动、植物当中,有相当多的种类在形态和结构上存在着“狮身人面”现象,也就是说身兼两种生物的特性。

因此,在植物界和动物界之间,一定存在着既像植物又像动物的一类生物,眼虫藻的存在,正是证明了植物同动物之间那维系了亿万年的联系。