【趣味科普】色彩斑斓的海中星星

上一次讲到了海绵宝宝,而在动画片中与海绵宝宝关系最好的是一只粉红色、肉肉的海星——派大星。派大星天性懒惰,笨笨的,但是体型宽壮、力气大,这个呆萌的角色也吸引了一大票的包括小编在内的粉丝。

动画里海绵宝宝与派大星的友谊让人感动,然而现实中也会如此吗?今天就来给大家讲讲派大星的原型——海星的故事。

色彩斑斓的海中星星

海星属于棘皮动物门,可以说是无脊椎动物中最高等的类群。如今世界上的海星有1600多种,它们形态、大小、颜色都各异,广泛分布于世界的各个海区,但是在淡水中不会有它们的踪影,这是因为它们体内的渗透压与海水相近,因而只能生活在海水的环境中。

正如它名字所起的那样,海星就像是星星一样,身体由一个中央盘和五条腕组成。当然,个别种的海星还会有五条以上的腕(有的甚至多达50多条腕)。在这些腕的腹面有两排管足,这些管足的末端有吸盘,海星通过控制管足的伸长或者缩短,从而拖动身体完成运动。因此这些管足其实才是海星真正的脚(后文细述)。海星没有眼睛,主要通过每条腕末端的「眼点」来进行基本的感光。

海星的管足与眼点

海星怎么吃东西?

海星经常栖息在潮间带的焦岩间或者海底,平时看起来似乎总是慵慵懒懒的。然而,海星在对待自己的猎物的时候可并没有它平时看上去的那样憨厚。

或许你可能听说过,海参(也是一种棘皮动物)在面对捕食者攻击的时候,会果断的把自己的内脏吐出,迷惑捕食者,从而趁机逃走。而我们的海星同样也可以把自己的内脏抛出,不过可不是为了逃走,而是为了消化猎物。

海星的口在中央盘的腹面中间(可不是像派大星那样),口通过很短的食道连接着胃,这个胃可以分为两个部分——贲门胃和幽门胃。比如说,海星在捕食双壳的贝类时,整个身体先呈弓形隆起,然后用自己的多条腕缠住贝壳,再用腕上管足的吸盘吸着两个壳,从而将壳拉开。这时候,海星就会将自己贲门胃从口中翻出,包住贝壳动物的软体,进行初步的消化,然后再将这个包了食物的贲门胃缩回体内进行进一步的消化。

海星正在捕食贝类

海星平时吃的东西还比较杂,像刚才说的软体动物是主要的,此外还有同属棘皮动物的海胆,以及蠕虫等都吃,所以这些海星对于进行贝类以及海胆海参养殖的渔民们来说,真不是什么好东西。

有一点可能会让动画党比较伤心的是,有一些栖息在珊瑚礁的海星,它们还会吞食海绵……(海绵宝宝们不哭~)

当然了,人类现在最头痛的还是海星对于珊瑚礁的本身的破坏。珊瑚礁是大海中的海底花园,也是鱼类以及许多海洋生命的栖息地。而珊瑚礁本身是由珊瑚虫(一种腔肠动物)的骨骼在数百年至数千年的生长、堆积过程中形成的。然而有一种海星——棘冠海星,可是「臭名昭著」的「珊瑚杀手」。据统计,在澳大利亚的大堡礁已经有将近一半因为棘冠海星的破坏而消失,澳大利亚政府还特意研制了新的方法,在两年之内杀死了25万只棘冠海星以挽救大堡礁。人类如此费尽心机的拯救珊瑚礁,是因为如果失去了珊瑚,海洋生态链将会受到严重的影响,甚至会造成我们无法预估的连锁反应。

海星会喷水吗?

海星的形象除了在《海绵宝宝》中有出现之外,其实更令我印象深刻的是《神奇宝贝》中的「海星星」和「宝石海星」。它们最基本的攻击除了旋转冲撞,就是水枪了,而且具有不轻的威力。不过它们并不能凭空产生水,只有泡在水中并通过自身管道才能吸水发射水枪(但也有几集中的海星星也可以在陆地上喷水)。

真实的海星确实有着发达的水管系统,不过它们的水管系统可不是用来喷水的,而是用来进行身体的运动的。

先来跟大家简单介绍一下水管系统的构成。水管系统的开口位于背面的筛板,海水可以通过筛板上的小孔,经过石管,进入到海星中央盘的环管。环管上对应着5条腕分别发出5条辐管,每条辐管又向两侧发出多条侧管,每个侧管对应着管足和罍(lei)。一般而言,水管系统里面的水是不与外界进行交换的。

海星的结构(https://cnx.org/contents/qTaQgTIL@2/Echinoderms-and-Chordates)

我们之前提到,海星通过控制管足的伸长和缩短来进行移动,而这其中的原理就是水管系统里面的水。说起来其实也很简单,每个管足上的罍就像是一个小气球,罍的肌肉收缩,里面的液体就被挤到了管足上(注意,此时侧管上的瓣膜会关闭,所以罍和管足成了封闭结构),于是管足伸长,并利用上面的吸盘吸附在地面上;反之,罍的肌肉舒张,就像气球开始膨胀,液体又被吸回到罍里面,管足变短。于是,通过每条腕上这样无数个管足的协调运动,最终迁移着海星身体前进。

除了控制运动之外,海星的水管系统还能辅助进行呼吸、排泄等功能。不过,由于水管系统只有一端开口(筛板),所以动画中海星星的喷水绝招,在现实中是不可能的了

海星也会再生!

上期我们谈到的海绵是一种具有极强再生能力的动物,谁能想到作为海绵宝宝最亲密的朋友,派大星居然也懂得再生这门绝技(海星星也会!)。

在自然界中,复杂的自然环境以及天敌等因素,常常会使得海星的腕及体盘受损,甚至断落,然而海星并不怕。绝大多数的海星种类经过一段时间的修养,都能轻松的补全断掉的腕,甚至个别种类能够从单一的断落腕上长出新的中央盘。

这就导致了一种奇特的现象。海星有雌性也有雄性,因此原本是一种有性生殖的生物。然而某些再生能力极强的海星种类,可以通过主动的二分裂形式进行无性繁殖:从中央盘的位置断裂成两部分,分别再长出完整的中央盘和其它的腕。

已经有研究证实,海星的这种二分裂繁殖并不会继承原来个体的年龄,而是类似于「返老还童」。

真核生物的DNA末端都有一种叫做「端粒」的末端结构,可以起到保护DNA信息的作用。不过,随着DNA复制次数(细胞分裂次数)的增多,端粒会越来越短,当不能再缩短的时候,细胞也就不能再分裂了。因此端粒与细胞以及个体的寿命是紧密关联的。

然而在那些克隆繁殖的海星中,Helen Nilsson Skold等科学家发现它们的端粒长度比普通的有性生殖的海星要长;同时,在同一个海星中,再生长出来的腕中的端粒也要比原来的腕中的端粒要长。这提示了海星可以通过这种再生繁殖,实现「返老还童」。同时,进行深入的研究,或许也将有助于揭晓如何使人体DNA保持「长生不老」的秘密。


Helen Nilsson Skold团队研究的海星,稍短一点的三条腕为再生的腕(Garcia-Cisneros A, Perez-Portela R, Almroth B C, et al. Long telomeres are associated with clonality in wild populations of the fissiparous starfish Coscinasterias tenuispina[J]. Heredity (Edinb),2015,115(5):437-443.)

本文为特邀科普作者Mr-HH的原创文章,希望你能喜欢!

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