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Jan. 10 2022

是什麼讓俄羅斯北極地區的雪地發出飄渺藍光?

  • 研究人員在俄羅斯北極圈的白海生物工作站附近,發現雪地裡的海洋橈足類發出了明亮的藍光,這是該現象的第一筆目擊紀錄。PHOTOGRAPH BY ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

    研究人員在俄羅斯北極圈的白海生物工作站附近,發現雪地裡的海洋橈足類發出了明亮的藍光,這是該現象的第一筆目擊紀錄。PHOTOGRAPH BY ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

  • 當科學家的步履擾動了這些被沖上岸的浮游生物時,牠們就開始發光。PHOTOGRAPH BY ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

    當科學家的步履擾動了這些被沖上岸的浮游生物時,牠們就開始發光。PHOTOGRAPH BY ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

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能發出生物光的橈足類最近點亮了一處偏遠田野工作站附近的雪地,這是該現象的首次目擊記錄。 

研究人員在俄羅斯北極圈的白海生物工作站附近,發現雪地裡的海洋橈足類發出了明亮的藍光,這是該現象的第一筆目擊紀錄。PHOTOGRAPH BY ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

研究人員在俄羅斯北極圈的白海生物工作站附近,發現雪地裡的海洋橈足類發出了明亮的藍光,這是該現象的第一筆目擊紀錄。PHOTOGRAPH BY ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

遠在高緯度的俄羅斯北極圈內,有一座位於白海(White Sea)岸邊的偏遠田野工作站。工作站的生物學家薇拉.艾蜜莉亞年科(Vera Emelianenko)在酷寒的12月晚上出去散步。跟她一起去的還有工作站分子生物學家的兒子米凱爾.納拉廷(Mikhail Neretin),另外還有幾隻狗:一隻巨型雪納瑞犬和一隻愛爾蘭軟毛㹴。

在冰寒的極區冷風中沿著霜凍的潮區岸邊辛苦前進的同時,納拉廷瞥見一處雪堆發出了藍色的光芒。難不成艾蜜莉亞年科的手機掉了嗎?

他們走過去想一探究竟,結果他們的腳印竟然成了一道飄渺的藍。「就像是雪裡面的藍色耶誕燈。」艾蜜莉亞年科說。

當科學家的步履擾動了這些被沖上岸的浮游生物時,牠們就開始發光。PHOTOGRAPH BY ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

當科學家的步履擾動了這些被沖上岸的浮游生物時,牠們就開始發光。PHOTOGRAPH BY ALEXANDER SEMENOV / WHITE SEA BIOLOGICAL STATION (WSBS MSU)

她彎下腰掬起一捧雪輕輕一捏,雪球變得更亮了!狗兒們衝到前面去的時候,留下了一道發光的足跡,彷彿北極光從天上滲進了雪裡。

經過好幾通激動的電話和傳來傳去的照片之後,工作站的生物學家和全俄羅斯各地的海洋科學家都對這項發現議論紛紛。艾蜜莉亞年科和納拉廷帶工作站的攝影師亞歷山大.西門諾夫(Alexander Semenov)出去紀錄那個光。西門諾夫說,為了讓那些亮點發光,「我們在雪地裡踩來踩去近兩個小時。」

第二天,艾蜜莉亞年科把一團發光的雪球放到立體顯微鏡底下,想辨識出這個會生物發光的肇事者。在等待冰融化時,她用針頭戳了戳其中的小碎屑,卻沒發現什麼。但接著艾蜜莉年科就在半融化的培養皿中瞥見了一些橈足類,也就是微小的水生甲殼動物。她去戳牠們的時候,這些小生物發出了微弱的藍光。

這或許是北極地區發光雪的第一個有紀錄的解釋。多年來研究人員偶爾會目擊到這種現象,但都沒有做過嚴格的測試。

橈足類生活史

橈足類是僅僅只有幾公厘長的超迷你甲殼動物,差不多是幾粒沙子排成一排的長度。「牠們像是海中的小蟲,」在蒙特里灣水族館研究中心研究深海浮游動物的海洋生物學家史蒂芬.哈達克(Steven Haddock)說:「牠們體型小、數量多,是很多生物的食物。」

牠們雖然沒有多少媒體曝光率、或文化呈現(只有一個很有名的例外,那就是《海綿寶寶》裡面的橈足類「皮老闆」),但根據某些估計,橈足類占海洋生物量的大多數。牠們是被動的泳者,意思是說牠們無法反抗水流。這次在培養皿中看見的橈足類──Metridia longa──往往在大海中被拋來拋去,從加拿大的哈德遜海峽、到緬因州海域和整個北極圈都有。

即使如此,Metridia也沒有理由出現在白海岸邊,莫斯科俄羅斯科學院的北極區海洋浮游動物專家克西妮亞.科索波柯娃(Ksenia Kosobokova)說。這類生物通常出現在更外海的地方,白天會遷徙至24-90公尺的深度,並在漆黑的夜裡(幾乎是冬季的常態)漂浮到距離海面幾公尺處,科索波柯娃解釋。

科索波柯娃說,實際狀況應該是這些橈足類被強勁的水流困住了。白海的漲潮每天漫上海岸兩次,冰寒的海水和其中一切會被沖進冰雪中的縫隙,這對像橈足類這麼弱的泳者來說,根本就是逃生無門。

第一次目擊發光雪的那天(12月1日),潮水可能特別猛烈。當時即將新月,距離2021最接近的近地點也只剩三天(近地點就是月亮離地球最近的那一天)。這兩種狀況都會讓潮水特別大。但12月16日的第二輪目擊,則顯示未必需要一年一度的月相輪迴才能造就讓雪地發光的條件。

橈足類如何發光

大多數生物發光來自螢光素(luciferin,一種可以儲存能量的小分子)的氧化。螢光素單獨存在的時候,會發出非常微弱的穩定光芒;但跟另一種酵素螢光素酶(luciferase)結合的時候,反應就會加速,並變成強烈的光芒。

「所以牠們體內這兩者都有,有發光分子、也有加速分子。」哈達克解釋說。對某些橈足類來說,螢光素和螢光素酶是在體內反應,但Metridia longa的頭部和身體都有腺體,可將發光物質排出。「牠們會同時噴出這兩種分子,在水中形成一小簇光芒。」

科學家相信,Metridia和其他橈足類把生物光當成一種防禦手段。「有一種看法認為,這種光可以讓掠食者嚇一跳,讓牠們把當事橈足類吐出來」或是讓對方分心,時間長到足夠橈足類逃走,加州大學聖塔芭芭拉分校的演化生態與海洋生物學家陶德.奧克利(Todd Oakley)說。

鬼魅螢光

科索波柯娃猜想,那些窩在雪上的橈足類正在逐漸凋零,不過還是活的──畢竟,北極區的浮游生物對冰凍的低溫並不陌生。但生物發光專家說,牠們也可能已經死掉了,所以牠們的藍光才會那麼隱約。

就像某些笨手笨腳的孩子都有過的慘痛教訓,如果你不小心把螢火蟲捏扁了,牠們也還是會發光的。

「我們的科學樣本也會這樣,」哈達克補充道:「你蒐集到一隻生物,放進冷凍庫準備以後再研究。等你把牠拿出來的時候,牠會慢慢地開始發光──牠們體內的化學物質還是能發生反應的。」

加州大學聖塔芭芭拉分校的研究生艾蜜莉.劉(Emily Lau)研究的是魚類和介形類甲殼動物(ostracod)生物發光背後的生物化學。介形類是橈足類的表親,看起來就像是長了眼珠子的芝麻。「你可以把牠們弄乾,等牠們死掉之後再在水裡碾碎,牠們也還是會發出生物光。」她解釋說。

「只要還有螢光素存在,就會產生生物發光。」劉說。

約根.拜爾格(Jorgen Berge)是挪威北極區大學的教授,研究的是極區夜晚和北極區的海洋生態系。他說,要說這場發光秀是橈足類造成,可能為時尚早。拜爾格曾經在挪威斯瓦巴群島(Svalbard)海岸上的雪裡觀察到類似的沉積物,他相信一團團的旋鞭毛藻(dinoflagellate)會更說得過去。那是一種單細胞藻類,也會生物發光(不過他並未測試那些地點去確認組成)。

許多精彩的海洋「生物發光秀」,功臣都是旋鞭毛藻──像是波多黎各的「螢光海灣」,在那裡玩水的人可以把發光的海水潑灑在彼此身上,還有在加州外海游泳的海豚也會在身後留下一道飄渺發光痕跡。

「你的注意力很容易就會被引到〔樣本裡 〕更大的生物身上。」拜爾格解釋說。但是在樣本裡辨識出一種會發生物光的生物,並不代表另一種較不顯眼的生物就不會。不過,拜爾格也同意,這種光特別明亮,就算以旋鞭毛藻的標準來看也是。

或許最令人意外的事,是一座已經營運了八十多年的生物工作站,之前竟然都沒有人看過會發亮的雪──只有24歲的艾蜜莉亞年科和18歲的奈拉廷看到。這可能是因為大部分的人不會在北極區12月的夜晚出門散步,科索波柯娃說。那可不怎麼舒適宜人。「我們那邊還有熊啊狼啊什麼的。」西門諾夫補充說。

不過這些年輕生物學家的銳利雙眼、還有對寒冷的忍耐是有回報的。「如果你願意保有孩子般的好奇心,外面多的是各種神祕事物。」哈達克說。

西門諾夫也同意。「你絕對想不到,眼皮底下竟然還會有你不知道的美景存在。」

 

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