2019年9月16日 星期一

顯微鏡下的水中花園


 


文圖—張桂祥博士-海生館 生物馴養組主任

你是否知道,只要到海邊隨便取一公升的海水,裡面就有千千萬萬個比細菌大一些的生物?你是否知道,你每一口吸進去的氧氣,當初都是這些生物製造的?你是否知道,你今天早上刷牙用的牙膏,滿滿都是這些生物千萬年來堆積的屍體?你是否知道,現今的海洋中,如果沒有了它們,我們就不會有魚可吃?你又是否知道,古早的海洋中,如果沒有他們,就沒有今天陸地上的花草樹木?

你若不知道,那歡迎你和我們一起透過顯微鏡,來認識這水中用肉眼看不見的祕密花園吧!


海裡的植物不是你以為的植物?
海水中有一批肉眼看不見,以陽光為能量,行光合作用把水及二氧化碳合成碳水化合物的生物,它們被稱為浮游藻類或浮游植物(1)。雖然名字中有「植物」,但它們其實是陸生植物的祖先,與我們印象中乖乖站著的「植物」不同,這些浮游植物反而很愛趴趴走。大部份浮游植物種類會行光合作用,但也有些種類在有陽光時行光合作用,沒陽光時會吃其他更小的藻類或細菌,也有些乾脆就以吃其他有機物為生,非常不像大家所認識的「植物」。

【圖1】浮游植物 (400X)


最古老的生物-藍綠藻
首先介紹的是藍綠藻,這是一群沒有細胞核的藻類(2),很像細菌,因此也有人稱之為藍綠菌。而最古老的藍綠藻30億年前就存在地球上,一層一層的堆疊生長在海中,行光合作用釋放出地球上的第一道氧氣。這一批藍綠藻與其他微生物形成了疊層石(Stromatolite),至今仍有後代存活著,如在澳洲的Shark Bay即有非常大面積的活疊層石(3),仍然像它們的祖先般製造著氧氣。 
【圖2】藍綠藻 (400X)

【圖3】疊層石照(王彥心 攝)

陸地植物的祖先─綠藻
接著是綠藻(4)。綠藻與陸生植物一樣,擁有葉綠體、內含有葉綠素ab、以及成堆的類囊體、光合作用後所儲存的食物為澱粉,種種特徵皆顯示綠藻與陸生植物一脈相傳,綠藻是陸生植物的祖先。綠藻的細胞壁也與陸生植物細胞壁一樣含纖維素,葉綠體被兩層細胞膜包圍著,因此有假說猜測它們的祖先當年是吃了藍綠藻後,沒有把它消化,進而與藍綠藻內共生演化而來。

【圖4】柵藻 (400X)

與人類生活息息相關的矽藻
而每天被大家使用但大家卻都不知道的是矽藻。矽藻是藻類世界中很大的一群,估計目前約有10萬種,可以生存在任何有水或潮濕的表面(如南極海冰上的矽藻,圖5)。估計海洋中近一半的初級生產力來自於矽藻,是海洋食物鏈中不可或缺的一群。矽藻的細胞是被兩個矽質的細胞壁所包裹,形同一個玻璃培養皿(圖6)。很多矽藻表面還長有尖刺、細鉤或細針等,宛如帶刺的小玻璃(圖7)。而由於矽藻的矽質細胞壁不會腐爛分解,因此千萬年累積下來就會在海底形成一層厚厚的沉積物。當這一層沉積物因地殼變動被抬升至水面上時,就是所謂的矽藻土(圖8)。

【圖5】南極冰上的矽藻 (1200X)

【圖6】矽藻 (5000X)

【圖7】矽藻(4500X)
新增說明文字

【圖8】矽藻土(400X, 陳杭期 攝)

矽藻土(1X)

早在三千年前我們的祖先就使用矽藻土當殺蟲劑,農夫在種子發芽時撒上矽藻土,當剛出生的蟲爬過這些堅硬帶刺的微細碎玻璃時,身上較脆弱的部分就會被刮傷,最後因細菌感染而死。後人使用矽藻土做成牙膏及牙粉,還有男性專用的洗臉霜,主要也是因為矽藻堅硬且多刺的特性,可刮除牙齒上微細的牙菌斑,及臉上的角質等。

這一些微細的花花草草在水中蓬勃生長,並成為其他浮游動物的食物,而浮游動物再被魚蝦蟹貝等捕食,魚蝦蟹貝再被更高階的生物利用,形成一個複雜的水生食物鏈。如果有天水中沒有了這一群肉眼看不見的浮游植物,我們就不會有任何的海鮮可吃,也不會再看到海豚鯨魚的跳躍了。

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