“一起向自然”生物多樣性

科普系列

人與自然是生命共同體。我們與自然界的其他生物共同生活在這顆藍色星球。在人類歷史發(fā)展的長河中，我們與自然歷經(jīng)了從信賴利用到試圖征服、到自覺保護的不同階段，在生態(tài)文明日益發(fā)展的當下，對自然的保護更是我們每個人應(yīng)盡的責任和義務(wù)。

您是否曾為路邊盛開的鮮花駐足？您是否曾為一個物種的滅絕惋惜？在鋼筋水泥的城市中生活，您是否曾懷念在自然環(huán)境中那份靜謐？

“一起向自然”生物多樣性科普系列將通過一個個物種的介紹，帶您認識生物界，從單細胞到多細胞、從簡單到復(fù)雜、從低等到高等、從水生到陸生，遵循生物進化的規(guī)律，讓我們“一起向自然”。

「READING」

走進棘皮動物

棘皮動物在無脊椎動物進化中具有十分重要的地位。它們廣泛分布于從淺海到數(shù)千米的深海，現(xiàn)存種類7000多種，化石種類多達20000多種，其中有5個綱已完全滅絕。盡管不同類群的棘皮動物在外形上差異很大，但從解剖學和系統(tǒng)發(fā)生學看, 它們有著相同的基本特征：幼體兩側(cè)對稱，成體多為輻射對稱；具獨特的水管系統(tǒng)；體中有與消化道分離的真體腔, 體壁有來源于中胚層的內(nèi)骨骼；口從胚孔的相對端發(fā)生, 屬后口動物。棘皮動物的骨骼很發(fā)達，由許多分開的碳酸鈣骨板構(gòu)成。骨骼外包表皮，皮上一般帶棘。根據(jù)棘皮動物的體形、有無柄和腕、步帶溝開放或封閉，以及管足的排列等，可將其分為2個亞門、5個綱，即有柄亞門下的海百合綱，游走亞門下的海星綱、蛇尾綱、海膽綱和海參綱。

在海洋生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，棘皮動物在某些底棲動物群落中常為優(yōu)勢種。同時也是海洋動物地理學研究中很好的指標種。棘皮動物化石種類甚多，在地質(zhì)學上占有一定地位。它們還具有重要生態(tài)價值：某些吞食性種類能夠大量搬運腐敗物質(zhì)，減少海底微生物的活動，某些蛇尾類常是底棲魚類的餌料……作為海洋生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的一環(huán)，棘皮動物至今仍活躍于海底世界，以其造型獨特的身影，豐富著這片浩瀚無垠的藍色汪洋。

海 星?

拉丁學名：Asteroidea

分類地位：棘皮動物門 游走亞門 海星綱

Vol.1 海星的簡介

“是誰住在深海的大菠蘿里？”

熟悉的旋律響起，相信不少讀者眼前已經(jīng)出現(xiàn)了這樣的畫面：穿著工裝短褲的黃色方塊海綿大笑著揮動手中的水母網(wǎng)，奔跑著躍出海洋生物的小鎮(zhèn)，在海草叢林中追逐著優(yōu)雅漂浮的水母……很遺憾，長大成人的我們都知道，真正的海底世界中不會有菠蘿外形、家具齊全的房子，不會有能說人話甚至做漢堡的海綿，也不會有各種生物其樂融融相處一隅的比奇堡……但是等一下，先別急著失望，如果我說，這部動畫片中還是有相當寫實的成分呢？讓我們稍稍將畫面倒帶，注意菠蘿屋左側(cè)那塊巨大的半球形石頭，和從中跑出的粉色家伙了嗎？這個呆頭呆腦、名叫“派大星”的卡通形象，就來源于我們今天故事的主角——海星。而那塊巨大的、深埋白沙中的石頭，則是許多海星棲息環(huán)境的真實寫照。

作為棘皮動物門的標志性成員之一，海星類廣布世界各海域，對各類海洋環(huán)境都具有一定適應(yīng)力。雖然它們外表憨態(tài)可掬、溫和無害，似乎還有些行動遲緩，但卻曾以“死神”之名，讓海洋生態(tài)系統(tǒng)中的另一類動物聞風喪膽，令許多靠海為生的漁民頭痛不已。

動畫中的派大星與現(xiàn)實世界的“派大星”

來源：wikipedia

Vol.2 外形特征

海星是棘皮動物門游走亞門海星綱千余物種的統(tǒng)稱。它們身體扁平，多呈星形。全身由許多鈣質(zhì)骨板借結(jié)締組織結(jié)合而成，也就是說，海星的骨骼是由許多分離的不同形狀的小骨片在結(jié)締組織的連接下形成的網(wǎng)格狀骨骼。這些小骨片上有穿孔，既可減輕重量，又可增加強度。每個小骨片是由真皮中一個細胞先分泌一個晶體，圍繞晶體再由周圍的細胞分泌及積累鈣鹽形成，因此骨片可隨動物的生長而增大。骨片的大小、形狀及網(wǎng)格的排列都決定于真皮細胞的結(jié)構(gòu)與排列。除此之外，海星的體表還有突出的棘或刺，它們也屬于骨骼成分，用來防衛(wèi)及消除體表的沉積物。還有些海星具有瘤或疣等附屬物，也有些種類體表光滑。

海星體表的刺狀結(jié)構(gòu)

來源：wikipedia

海星通常有五個腕，但有些種類也有更少或更多的腕，中美的菊海星屬（Heliaster）腕甚至多達50條。由于海星的腕呈輻射狀，因此身體沒有前后之分，隨時都能朝任一方向移動。

具有很多腕的菊海星屬（Heliaster）

外表類似拖把頭

來源：flickr.com

海星的嘴在其身體下側(cè)中部，可與海星爬過的物體表面直接接觸。具有口的一面被稱為口面，另一面則被稱為反口面。口面從口到各腕的末端伸出一條很寬的溝，叫做步帶溝（它的用處我們隨后介紹），步帶溝兩側(cè)邊緣有可動的長棘，可隨時關(guān)閉及保護步帶溝。

海星的口面

來源：wikipedia

由于海星全身覆蓋堅硬骨板，腕的活動會受到限制，只能緩緩彎曲。因此它們的行動主要依靠水管系統(tǒng)。水管系統(tǒng)是棘皮動物特有的一個管狀系統(tǒng)，在步帶溝內(nèi)通常生有幾列帶吸盤的管足，這些管足柔軟又富有彈性，能夠來回擺動和抓吸物體，管足基部具有指狀液囊，其中充滿液體并與全身相通。在水管系統(tǒng)的支持下，海星能通過神經(jīng)系統(tǒng)控制肌肉局部收縮，管足在液壓作用下可支撐和移動身體。

海星的管足

來源：wikipedia

和動畫角色派大星不同，真實世界的海星沒有明顯的眼部結(jié)構(gòu)。由于身體輻射對稱，似乎也很難判斷究竟哪里是頭部。實際上，海星的眼睛取決于它們的腕數(shù)目，在它們的腕末端具一叢觸手，下方有一個紅色眼點，那就是它們眼睛的位置。而海星的頭部也曾是科學界爭論不休的難題，直到2023年的一項研究發(fā)現(xiàn)，從基因表達上看，海星全身幾乎都屬于頭部范圍，反而沒有任何軀干結(jié)構(gòu)。因此，它們實際上是一只長有許多眼睛的、在海底亂竄的腦袋。

海星的眼點（圖中紅色點狀結(jié)構(gòu)）

來源：Marie Helene Birk/University of Copenhagen

Vol.3 生活習性與生活環(huán)境

海星廣泛分布于世界各個海域，在中國渤海、黃海等沿岸都能見到其身影。它們喜歡群居，常棲息在有沙、巖石或珊瑚的海底。

趴在珊瑚上的藍指海星Linckia laevigata

很有派大星即視感

來源：Colin Marshall / FLPA

雖然海星們大多看起來慵懶隨性，很少移動，但必要時，它們的速度可絕對算不上慢，在管足的幫助下，某些海星甚至相當迅捷（以它們的速度看），但這種移動方式在人類看來可能會有些不適。

利用管足移動的海星

來源：YouTube

由于海星大多行動相對緩慢，因此為了抵御天敵，它們會采用多種不同策略。除了堅韌的骨骼網(wǎng)絡(luò)外，海星可以分泌一種叫做海星皂苷的白色物質(zhì)，這是它們的次級代謝產(chǎn)物，具有防御性質(zhì)，在遇到敵害時可噴射以驅(qū)趕捕食者。同時，當被捕食者捉住時，海星還會自斷腕足，留在原地給捕食者食用以拖延時間，自己趁機跑掉。

斷肢的海星 來源：YouTube

海星具有很強的再生能力，腕足脫落后很快就能恢復(fù)。有些海星甚至可以從一只腕足上生長出完整的海星。

海星的一只腕足可以長出完整的身體

來源：stock.adobe.com

再生過程中偶爾也會出現(xiàn)多長出肢體的情況

來源：alamy.com

海星類都是肉食性動物，可以取食各種無脊椎動物，它們的食物來源主要是貝類、海膽、螃蟹和海葵等行動較為緩慢的海洋生物，甚至也包括珊瑚，有些海星還可以捕食魚類。它們的取食方式視種類和習性略有不同。大多數(shù)海星類具長可彎曲的腕，管足上具吸盤，多以雙殼類（如貝類）為食，取食時身體位于貝殼上，以兩腕在貝殼兩側(cè)吸著，由于管足末端吸盤的真空作用，其拉力足以拉開雙殼類的殼口，之后立刻翻出賁門胃插入殼口內(nèi)，并分泌消化酶，直到閉殼肌及內(nèi)臟部分地被消化，貝殼完全張開，再用胃包圍吞下食物一同進入口內(nèi)。

捕食雙殼類的海星

來源：YouTube / vancouver aquarium

而一些具短腕、管足上無吸盤的種類，由于無法將胃翻出來包裹食物，取食時通常整個將食物吞下，在胃內(nèi)進行消化；

捕食小魚的海星 來源：wikipedia

Vol.4 繁殖方式

海星雌雄異體，依靠體外受精繁殖后代。它們的產(chǎn)卵及受精均在海水中進行。在繁殖過程中，雌雄海星會將大量的卵子和精子釋放到海水中，受精卵會形成類似透明膠囊的胚胎，逐漸發(fā)育出消化管和口，以吞食海水中的浮游植物等為生。之后逐漸長出觸手狀突起，在腹部形成石灰質(zhì)骨骼，依靠其重量沉入海底，取食石灰藻以構(gòu)筑全身骨骼。

棘冠海星幼體成長過程 白色箭頭所示為受精卵

來源：eatlas.org.au

仔細觀察上圖不難發(fā)現(xiàn)，海星幼體的形態(tài)與成年海星大相徑庭。這是因為海星在成長過程中存在變態(tài)發(fā)育，當海星幼體固著在海底后，前端前口葉會特化成固著柄，而后端部分則逐漸形成成體結(jié)構(gòu)，隨后脫落。因此也可以說，海星的成長過程是直接從幼體上長出一個成體。

海星幼體（黃色為后端部分，逐漸形成成體并脫落）

來源：wikipedia

Vol.5 白色森林的死神

在遙遠的澳大利亞，有一座世界最大規(guī)模的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)——大堡礁。它縱貫于澳大利亞的東北沿海昆士蘭州，北從托雷斯海峽，南到南回歸線以南，綿延伸展2011公里，最寬處可達161公里。大堡礁由2900個大小珊瑚礁島組成，是地球上最特殊的自然景觀之一。曾經(jīng)，那里海水蔚藍、魚群游弋，連綿不斷、千姿百態(tài)的珊瑚在水下?lián)u曳生姿，吸引了世界各地的無數(shù)游客。然而，在21世紀初的20年間，大堡礁已悄然失去了約半數(shù)健康珊瑚，造成這一局面的罪魁禍首之一，便是海星家族中的棘冠海星。

大堡礁 來源：wikipedia

棘冠海星是長棘海星科長棘海星屬的動物，其中文名為英文名Crown-of-Thorns Starfish的直譯，因其生有長長的棘刺得名。它是一種大型海星，在食物充足時，成體可達25-35cm，最大甚至能超過70cm。棘冠海星的腕足一般有13-15個，最多時可達21個。它們棘刺尖銳，表面還具有蛋白質(zhì)毒素，結(jié)合淡米色、橙色、紅色和較少見的紫色體色，看起來相當危險。

棘冠海星成體 來源：wikipedia

棘冠海星喜食珊瑚，它們可以消化珊瑚組織肉質(zhì)部分，留下石灰質(zhì)的白色骨骼。雖然單只海星食量有限，且在幼年期天敵眾多，存活率較低，不會產(chǎn)生太大威脅，但麻煩在于，大堡礁的珊瑚群遭遇的，是一場棘冠海星的大爆發(fā)。

珊瑚是由珊瑚蟲分泌的石灰質(zhì)骨骼聚結(jié)而成的物質(zhì)

其顏色主要來自和珊瑚蟲共棲的有色藻類

來源：wikipedia

當棘冠海星大量存在時，會以十到數(shù)十只聚集在一起，以蝗蟲過境之勢大量取食珊瑚，平均一只棘冠海星一天要吃掉約二平方公尺的珊瑚。它們的食譜包括石珊瑚、細枝珊瑚屬、鹿角珊瑚、牡丹珊瑚和濱珊瑚屬等多種珊瑚，其中不乏一些生長較為緩慢的種類，即使部分珊瑚不會被全部啃食，也會因殘缺后遭受細菌感染而死。數(shù)百萬只棘冠海星在幾天內(nèi)就能吃光一大片珊瑚，留下慘白的石灰質(zhì)骨骼，狀如海底的蒼白尸骨森林。

蠶食珊瑚的棘冠海星 來源：wikipedia

更可怕的是，面對棘冠海星的爆發(fā)，人類能采取的措施非常有限，目前最好的方法僅有“雇傭潛水員人工網(wǎng)撈”和“重硫酸蘇打注射殺死”，但這些措施不但要花費大量人力與金錢，也根本無法有效阻止棘冠海星對珊瑚群的破壞。為了從根源解決這一問題，近年來，研究者也針對棘冠海星爆發(fā)的原因進行了不斷探索，目前的主流觀點認為是由多種因素結(jié)合導(dǎo)致，自然因素包括棘冠海星具有強大的產(chǎn)卵能力，如果環(huán)境條件適宜，海星幼體生存率高則容易爆發(fā)，人為因素包括人類大量捕獲棘冠海星天敵（這部分已在法螺的相關(guān)推送中介紹）和經(jīng)濟發(fā)展導(dǎo)致沿岸海水富營養(yǎng)化，豐富的食物供給提高了海星幼體存活率，導(dǎo)致爆發(fā)等等。無論如何，在目前全球氣候變暖的背景下，若大堡礁中的成體棘冠海星數(shù)量無法有效控制，脆弱的珊瑚群將遭受滅頂之災(zāi)。

法螺捕食棘冠海星 來源：YouTube

海星的危害還不止如此。自2006年以來，中國北方沿海地區(qū)突發(fā)大量海星，它們攝食鮑魚、菲律賓蛤仔、扇貝等養(yǎng)殖經(jīng)濟貝類，給貝類養(yǎng)殖業(yè)造成巨大的經(jīng)濟損失。僅2006年膠南地區(qū)因海星災(zāi)害就導(dǎo)致鮑魚養(yǎng)殖損失達4000余萬元，養(yǎng)殖漁民損失慘重。

被捕撈的海星 來源：搜狐網(wǎng)

作為生活在地球上的眾多成員之一，人類是生態(tài)系統(tǒng)中的一份子，與其他生物共享一片藍天，亦彼此關(guān)聯(lián)，休戚與共。作為大海中無數(shù)普通生物之一，海星原本也是食物鏈中最普通的一個環(huán)節(jié)，與珊瑚、貝類等食物和法螺、珊瑚蟹等天敵共同維系著生態(tài)系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)，還在海洋碳循環(huán)中起著重要作用。被冠以“死神”之名，游走于珊瑚枯骨，也并非它們本意，畢竟，一旦珊瑚礁成為死亡的荒漠，賴以生存的棘冠海星無疑也將走向絕路。棘冠海星的爆發(fā)或許的確屬于自然周期的規(guī)律之一，但其背后也有填海建港、污水亂排、過度捕撈等人禍的影響，此外，研究表明，溫室氣體排放導(dǎo)致的海水酸化會導(dǎo)致棘皮生物無法形成牢固的含鈣外骨骼，它們同樣是生態(tài)破壞的受害者之一，而身為人類的我們對此無疑負有難以推卸的過錯與責任。人與自然是不可分割的整體，維護生物多樣性從來不是嘴上說說的口號，而是事關(guān)人類未來的重要使命。因此，為了這顆孕育了無數(shù)生命的美麗星球能夠長久閃耀于宇宙，讓我們共同努力，一起向自然。

海星也是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分

來源：wikipedia

參考資料

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