唯一生活在熱液噴口的透明扇貝,被發現時在給自己打“6”

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2016年12月,在沖繩海槽962米深的幽暗深淵中,一束燈光刺破永恆的黑暗。在日本海洋地球科學技術機構(JAMSTEC)科學家的操控下,遙控潛水器KAIKO伸出它的機械臂,從硫化物煙囪羣中夾起一枚透明貝類生物,其大小與成人大拇指指甲蓋相仿。當這個近乎透明的扇貝標本被裝入採樣瓶時,操作員並未意識到,自己剛剛爲一個起源於白堊紀的古老類羣找到了一個久未發現的新物種。

然而,這個重大發現並未立即獲得關注。直到2024年,香港浸會大學生物系的林逸濤博士團隊纔對其展開深入研究,通過詳盡的形態學和分子生物學分析,終於揭開了這個神祕生物的真實身份。相關研究成果近期發表於《無脊椎動物分類學》雜誌(Journal of Invertebrate Taxonomy)。

貝體冷凍,“喫灰”多年等“復甦”

這是一隻具有傳奇色彩的扇貝,每個見過的人都會深刻地記住它的形貌。它的外殼和其他扇貝完全不同,幾乎全透明,極其輕薄,脆弱易碎,閃爍着珍珠般的光澤;最大徑僅有20mm,優雅精緻。殼表覆蓋着放射狀的肋紋,錯綜複雜地分佈着成排的鱗片,肋間佈滿顆粒狀的圓形齒狀突起及同心生長線。而最令人印象深刻的,是其上附着的唯一一隻管蟲恰好構成標準的阿拉伯數字“6”——這個自然形成的符號成爲它最顯著的身份標誌。

這顆幾乎全透明的小扇貝,殼上的管蟲恰好形成了阿拉伯數字“6”。

(圖片來源:林逸濤)

在它的右殼,也就是扇貝下殼的殼耳和殼體的交界處有一個缺口,稱爲足絲凹口,這一精細的結構是它用來伸出絲狀黏膠般足絲的通道,扇貝通過足絲把自己固定在基質上。在足絲凹口處,還有一排約30個梳子狀的櫛齒垂直排列,這是樂樂扇貝屬(Delectopecten)的一個特徵,清晰揭示了它的身份。

福斯特樂樂扇貝Delectopecten fosterianus Powell, 1933,新西蘭產,可見足絲口(下殼右側)的一排齒

(圖片來源:作者)

樂樂扇貝是最神祕的扇貝屬之一。它們早期就與其他扇貝分化,成爲最古老的特殊類羣,大部分物種都生活在陽光難以穿透的深淵海底,自由生活在沙子或泥漿等軟質基底上,或者用足絲附着在硬質表面,以落到海底的微小有機碎屑爲食。

由於深海缺少大型捕食者,它們演化出了輕薄透明,十分脆弱的外殼。雖然這樣的外殼幾乎沒有保護功能,但卻有一個重要的生存優勢:在缺乏食物的深海中,它們不需要耗費寶貴的能量來增厚外殼,節省的能量可用於更關鍵的生存需求上。

在科考中採集的樣品很多,這隻“孤勇者”扇貝並沒有第一時間就受到重視。這是因爲,一般來說只有多個個體纔有研究價值,只根據一個個體是很難分清到底是種內變異還是新物種——除非差距特別大。因此,在那次科考後,它被保存於99%乙醇中,和採集的許多其它生物一起被寄到了合作單位香港浸會大學實驗室的冰箱,開始了它們在冰箱裏當“冷凍人”的日子,等待着自己的“復甦”。

而這一等待,就是近十年。直到2024年3月,香港浸會大學生物系的林逸濤博士打開冰箱,偶然間注意到了這隻爲自己打“6”的扇貝,它呆在冰箱裏喫灰的“生涯”才得以結束。

香港浸會大學生物系的冰箱,記錄着存放的生物

(圖片來源:林逸濤)

深入研究,形態特徵與基因組雙重確證

在滿是冷凍標本的實驗室冰箱裏,一顆只有2釐米的透明扇貝毫不顯眼。也許只有林博士才能注意到它,因爲這隻扇貝透明的外殼,正與他當時正在研究的另一種深海扇貝——碟擬日月貝Catillopecten極其相似……莫非這是另一種碟擬日月貝?這隻扇貝就這樣被拿出了冰箱,解凍,放到了顯微鏡下。

埋沒了十年的金子終於開始發光。足絲凹口的齒證明了它海扇科Pectinidae的身份,並不屬於碟擬日月貝,加上齒和雕刻的信息,確認了它屬於樂樂扇貝屬。

通過更加仔細的觀察以及與樂樂扇貝同屬的所有現存物種進行一一對比,研究團隊發現這隻扇貝和所有已知物種都不同。雖然在殼體尺寸、形態比例及耳部雕刻方面,該標本和溫哥華樂樂扇貝Delectopecten vancouverensis(Whiteaves, 1893)最爲相似,但依然存在顯著差異:殼耳不對稱性更強,前耳(右側)比後耳(左側)約1.79,而溫哥華樂樂扇貝只有1.16;左殼前耳向內凹陷,而後者近直;足絲凹口與殼體之間的夾角呈直角,近乎90度,後者只有60度。這些形態差異已超出種內變異範圍,幾乎可以確認該標本是一個新物種。

活體的溫哥華樂樂扇貝(D. vancouverensis),樂樂扇貝中最常見的物種,廣泛分佈在北太平洋

(圖片來源:kljinsitka授權)

但在現代科學界,新物種的確認不僅依賴形態特徵,更需要分子生物學的證據——DNA差異才是決定性依據。得益於乙醇浸泡和實驗室-80攝氏度的低溫冰箱,這份標本的DNA歷經十年仍保存良好。

科學家使用十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)溶液從貝柱(扇貝等雙殼類貝類的閉殼肌,是連接兩片貝殼的圓柱形肌肉組織)中提取線粒體基因,並通過多國合作的精密分析平臺完成測序:中國香港的瓊脂糖凝膠電泳爲檢測基因組DNA質量,美國的NanoDropND1000分光光度計進行定量分析,天津諾禾致源的Illumina NovaSeq 6000測序儀完成基因組測序,最終將它的線粒體基因組毫無缺失地組裝出來。這也是人類第一次獲得樂樂扇貝的完整線粒體基因組。

結果證明,它的線粒體基因組在基因排列順序上與其餘的海扇科扇貝均有顯著差異,是毫無疑問的新物種。

熱液樂樂扇貝的基因組圓,所有基因均按相同方向排列,不同基因類型以不同顏色標註。內側柱狀圖表示GC含量

(圖片來源:參考文獻[1])

深海熱液,極端環境中的生存傳奇

這一發現無疑是一個震動科學界的消息。林博士將這隻扇貝命名爲“thermus”,源自拉丁語,意爲“熱液”,以紀念其棲息於深海熱液噴口的獨特生態習性。這個被命名爲“熱液樂樂扇貝”的軟體動物,開啓了深海扇貝研究新的一頁——自1981年樂樂扇貝屬的Delectopecten musorstomi(一種深海扇貝)在菲律賓海溝被發現以來,這個家族沉寂了整整四十年。

這一發現不僅代表了一個沉寂多年的新物種現身,更揭示了扇貝家族的全新生活方式——它是第一種被證實生活在熱液的扇貝。在擁有數百個物種的扇貝科中,大多數成員始終恪守着祖傳的生存法則:散佈在潮間帶至三千米深淵的軟質海牀,靠鰓濾食浮游生物安然度日,而這隻扇貝卻將家族領地拓展到了熱液噴口區。

深海中的樂樂扇貝

(圖片來源:參考文獻[2])

然而,在這片大部分生物都需與化能細菌共生才能存活的極端環境裏,熱液樂樂扇貝卻仍以最樸素的方式存活:顯微鏡下,它晶瑩剔透的鰓絲間未見任何化能合成細菌的蹤跡,這意味着這隻透明的小扇貝既未像熱液貽貝那樣圈養“化學廚師”,也不似雪人蟹般揮舞着長滿菌毯的螯足。它只是安靜地張合貝殼,用祖先傳承了億萬年的濾食絕技,在硫化氫毒霧裏過濾周圍水中的有機質。

熱液樂樂扇貝的軟體,和平時喫的扇貝區別不大,有閉殼肌(貝柱)及外套膜(裙邊)

(圖片來源:參考文獻[1])

如今,這隻扇貝作爲這個物種唯一的已知個體,成爲正模標本靜靜躺在博物館中。透明的精緻貝殼作爲它一生的記錄,而背上附着的管蟲更是神來之筆——那個清晰的“6”字形彷彿是爲這個物種量身定做的生命印記,成爲了這隻扇貝最好的自我形容。當參觀者驚歎於它幽靈般的晶瑩殼體時,這個曾在熱液噴口孤獨生活,在毒氣和缺氧環境中悠然濾食的透明扇貝,也正用身上天然的“6”字符號,向人類展示着它在深海極端環境中的生存傳奇。

參考文獻:

[1] Lin YT, et al. 2025. Integrative morphological, mitogenomic and phylogenetic analyses reveal new vent-dwelling scallop species. Invertebrate Systematics, 39(2), IS24091.

[2]Kiyashko S I, Kharlamenko V I, Sanamyan K, et al. Trophic structure of the abyssal benthic community in the Sea of Japan inferred from stable isotope and fatty acid analyses[J]. Marine Ecology Progress Series, 2014, 500: 121-137.

[3] del Río C J, Beu A G, Martinez S A. The pectinoidean genera Delectopecten STEWART, 1930 and Parvamussium SACCO, 1897 in the Danian of northern Patagonia, Argentina[J]. 2008.

出品:科普中國

作者:劉昊東(東北師範大學)

監製:中國科普博覽

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