哈哈哈哈哈哈 这是一个非常不错的问题
海面发光现象还是比较常见的,曾经有过很多记载。本人多年前曾经在江苏某地偶然见过,当时惊叹不已。后来我查过资料,应该是发光甲藻造成的。
甲藻这种神奇的生物我曾经在这个回答中粗略介绍过
动物为什么没有细胞壁?
甲藻在分类学中坎坷的命运不再赘述,事实上由于其独特的生理属性,即便是中文名称都有非常多,如果你听说的是沟鞭藻、双鞭藻、涡鞭藻又或者是双鞭毛虫,其实都是在描述同一个概念。
形成蓝眼泪的原因是一种被称做夜光藻(Noctiluca scintillans)的甲藻。
由于甲藻独特的属性,夜光藻也被称为夜光虫。我想读过我之前回答的朋友们应该能get到这一点。夜光藻是单细胞生物,细胞呈透明球形,直径约为200-2000μm。夜光藻体内不含叶绿素,营异养生活,依靠触手捕食食物。腹面后端有凹纵沟,形成口部,口部之前有一根小鞭毛,鞭毛前有一个大触手,触手上具有黏膜。
虽然以藻命名,但是夜光藻是靠异养而不是靠光合作用生活的(所以也可以从虫的角度来理解)。然而单细胞生物的世界充满了惊奇。按照体内是否具有共生藻可将夜光藻分为两类 [1] ,一类是体内不存在共生藻的红夜光藻,另外一类是具有共生青绿藻(Pedinomonas noctilucae)的绿夜光藻。绿夜光藻可以依靠共生藻光合作用所提供能量存活,在食物丰盛的时候也会摄食。夜光藻的食性复杂,目前的研究认为夜光藻喜食硅藻和绿藻,也可以捕食细菌、鱼卵甚至仔鱼。
全球的夜光藻都是同一个物种,迄今为止夜光藻还是单种属,在全球很多地方分布。
那么平潭为什么会出现蓝眼泪这种现象呢?台湾省海洋大学在2018年发表过一篇研究报告 [2] ,于2016年4月-12月研究了福建省马祖岛附近的蓝眼泪现象。研究认为闽江的汛期(4-6月)对海水盐度和海水硅酸盐含量有影响。在四月初的季节,温度还比较低,处于20℃以下,由于汛期的原因,海水盐度会由通常的35psu(即每升海水中含有35克盐)下降到25psu之下。
在闽江汛期期间,降水增加,河水裹挟着淡水,氮盐、磷盐和硅盐进入到海洋中,使得海洋中硅藻等浮游植物大量繁殖,而硅藻是夜光藻最喜爱的食物,在富营养盐环境中,夜光藻种群会迅速壮大,形成蓝眼泪的机率会极大地提升。该研究表明夜光藻会在温度超过27℃的时候消失。而当温度随着时间推移再次降低到27℃之后,夜光藻并不会再次出现,研究认为限制夜光藻丰度的还有其他因素,如硅藻的数量,海水盐度甚至风的属性。所以蓝眼泪只会出现在每年4-9月的时间段。
那么夜光藻是怎样发光的呢?生物发光现象是非常常见的,例如萤火虫、灯笼鱼甚至鬼火。夜光藻发光依靠的是 荧光素-荧光素酶体系 ,在这个体系中发光底物荧光素(Luciferin)和荧光素酶(Luciferase)是分开的。当夜光藻受到外部刺激时,pH值会降低,接下来需要有荧光素接合蛋(luciferin binding proteins)去抓住荧光素(luciferin),荧光素氧化酶会氧化荧光素放出蓝色生物光。发光方式为冷发光,发光过程并不会产生大量热量。夜光藻的发光器位于表皮上,每个夜光藻大约含有一万个发光源,每个发光源大小为0.5-1.5 µm,每个光源大约可放出十万个个光子,发光大约可持续80ms,依靠体内数量极多的发光源以及超大的种群数量,我们会见到蓝眼泪的景象,但是这种光还是非常微弱的,最好选择非常黑的场景下进行观赏。网络上流传的图片基本上都是长曝光的产物。普通的海浪、划水以及行船只能产生局部的蓝眼泪现象。
目前的研究并没有发现夜光藻发光的生态功能,但是据渔民反馈在有蓝眼泪出现的夜晚会出现大量的丁香鱼——日本鳀的幼体鱼,体圆状而侧扁,身长2~3.5厘米。分布于我国东海,主要产地在福建、浙江两省的近海水域。
最后我想澄清一点,造成蓝眼泪现象的主要生物因素夜光藻在甲藻中也被归类为赤潮(red tide)生物。目前的研究表明夜光藻本身并不含有毒素。但是夜光藻如果过量爆发,大量死亡之后是会消耗水体中很多氧气的。我们只能说夜光藻可能会引发赤潮但是并不一定会引发赤潮。就像任何人都不能准确预测何时何地会出现蓝眼泪一样,我们也不能一口判定出现蓝眼泪会引发赤潮。
目前的生态学研究仅仅发现了蓝眼泪产生的原因,捕食夜光藻的生物物种还是未知的,对于食物链的认知并不完整。因此目前为止我们并不能完整地定性夜光藻的生态位。
有一个基于卫星图像的研究 [3] 表明最近几年红色夜光藻的分布范围在逐步扩大,可以到达海岸线之外330公里,甚至适应更高的温度,高达28-30℃。
我想平潭地区出现蓝眼泪的原因也是基于此,可能随着化肥使用的增加,使得河口地区的海水营养变得比之前更加丰富,进一步使得河口地区生物丰度增加。而夜光藻可以食用浮游植物,这为蓝眼泪的发生提供了良好的物质基础。
目前也有学者成功地在实验室培育出可供观赏的夜光藻,我想随着技术的发展我们可以更方便地观赏蓝眼泪。
参考
- ^ Harrison, P. J., Furuya, K., Glibert, P. M., Xu, J., Liu, H. B., Yin, K., … Ho, A. Y. T. (2011). Geographical distribution of red and green Noctiluca scintillans. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 29(4), 807–831. doi:10.1007/s00343-011-0510-z https://link.springer.com/article/10.1007/s00343-011-0510-z
- ^ Tsai, S.-F., Wu, L.-Y., Chou, W.-C., & Chiang, K.-P. (2018). The dynamics of a dominant dinoflagellate, Noctiluca scintillans , in the subtropical coastal waters of the Matsu archipelago. Marine Pollution Bulletin, 127, 553–558. doi:10.1016/j.marpolbul.2017.12.041 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X17310743
- ^ Qi, L., Tsai, S., Chen, Y., Le, C., & Hu, C. (2019). In Search of Red Noctiluca scintillans Blooms in the East China Sea. Geophysical Research Letters. doi:10.1029/2019gl082667 https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2019GL082667