令人惊叹的图像让我们一窥海洋中的微观婴儿潮

本文最初刊登在《Hakai 杂志》上，这是一本有关沿海生态系统科学和社会的在线刊物。如需阅读更多类似报道，请访问 hakaimagazine.com。

太平洋东北部是各种海洋生物的家园，有带刺的海胆、多臂的海星、柠檬色的软海参，还有头粘在岩石上的藤壶。漫步在海边或潜入海面以下，我们可以看到这些生物的成年形态，但它们的早期形态又如何呢？在它们真正定居并移至海底之前，几乎所有生物都是从浮游动物开始生命的，这些海洋动物随洋流漂流。

虽然浮游动物和浮游植物（大多数浮游动物以它们为食的植物状漂流物）全年都生活在水中，但它们的数量在年初呈指数级增长。春天，白天变长，水温略有升高，营养物质从陆地或深水流入海洋表层，浮游植物大量繁殖。浮游植物是微小的，但随着它们数量的增加，它们的叶绿素和其他光合色素会导致海洋颜色发生变化，这些变化可以通过卫星图像测量，浓度足够高时，甚至肉眼可见。

2023 年 7 月拍摄的不列颠哥伦比亚省温哥华岛卫星图像显示了可能是浮游生物和沉积物的彩色羽状物。照片由 NASA 提供

浮游植物的快速增加标志着海洋生物的春天——随着食物的突然涌入，浮游动物也大量繁殖。产生浮游生物婴儿的动物的繁殖策略各不相同。许多固着或缓慢移动的动物，如珊瑚和海胆，使用一种称为广播产卵的群发技术。它们同步释放数十亿个配子，其策略是至少一些卵子和精子会相遇，这样才能受精。藤壶，如常见的潮间带橡树藤壶，是雌雄同体，使用长而灵活的阴茎使邻居的卵子受精。受精卵在父母的保护性火山般的外壳内发育，直到孵化成幼虫并被排出屋外。无论是作为配子、受精卵还是幼虫释放，它们都成为微生物海水汤的一部分。虽然许多动物只在海汤中度过短暂的时间，然后就沉入海底或变得更加活跃，但有些物种则以浮游动物的形式度过余生。

我们在哈卡伊研究所夸德拉岛生态观测站的同事们，在位于不列颠哥伦比亚省的夸德拉岛东岸水域花了三年多的时间对浮游动物进行采样和拍照，该地区生物资源丰富，冰川峡湾的营养丰富的流出物与萨利希海的北部交汇。这个研究小组对捕捉幼虫生命形式特别感兴趣，因为对幼虫的研究相对较少。令人惊讶的是，常见海洋生物的幼虫形态看起来有多么奇怪——它们有着巨大的、有柄的眼睛、多刺的鼻子和半透明的身体，与它们成年后的样子截然不同。

和许多海洋无脊椎动物一样，藤壶有几个自由游动的幼虫阶段。它们离开成虫壳的保护，成为盾形无节幼虫（第一张照片），长有羽毛状附肢和一只独眼。幼虫会蜕皮六次，长出更多节段和附肢。最后一次蜕皮后，藤壶幼虫被称为介壳虫幼虫（第二张照片）。在这个阶段，幼虫会沉到海底，开始寻找坚硬的表面来附着。由于藤壶需要附近的其他藤壶进行繁殖，介壳虫会用触角接触表面以捕捉其他藤壶的气味。一旦找到合适的地方，它就会分泌出少量胶水将其头部固定在水面上，并长成成年藤壶，长出圆锥形的壳。

这种长着翅膀的美人是海螺科食肉动物海螺的面盘幼虫阶段。翅膀或面盘幼虫被一种叫做纤毛的微小毛发覆盖。有节奏地拍打的纤毛会产生水流，将硅藻等食物困在幼虫体内，供其成长。随着幼虫的成长，它会发育出成年海螺中更明显的部分，例如壳、脚和触手。最终，海螺幼虫会经历一个叫做扭转的过程，即 180 度的扭转，使动物的后部朝向头部。当海螺的浮游生命结束时，面盘幼虫会定居在海底并发育成成年海螺。

海星在自由游动的幼虫时期会经历几个阶段。起初，它的身体被纤毛覆盖，纤毛会齐声拍打，使幼虫能够控制自己的运动。当动物变态进入双羽虫阶段时（第一张照片），纤毛会聚集成明确的带状，手臂开始形成。此时，它的肠道也会发育，幼虫海星开始进食。根据物种的不同，海星可以在双羽虫阶段呆上几周或几个月，然后它会在前端长出更多的手臂和吸盘，并发育成臂形虫幼虫（第二张照片）。臂形虫最终会先长出吸盘端，然后沉入海底，长成成年海星。

科学家经常根据动物的对称性对它们进行分类。例如，人类是双侧对称的：我们的左右半边是镜像。在沉入海底之前，海星也是双侧对称的。当幼虫变成成年海星时，它的对称性也会发生变化，变成径向对称。（大多数成年海星及其皮肤多刺的“亲戚”棘皮动物更具体地说是五径向对称的，身体结构以五为基础。）新研究表明，这种变形是可能的，因为在基因上与海星“头部”相当的组织分散在海星的四肢和皮肤中。

虽然有些浮游生物成年后已经无法辨认，但有些浮游生物出生时就是其父母的微型版本。这只乳白色的鱿鱼幼崽是从泡菜形卵囊中孵化出来的数百只幼崽之一；成年鱿鱼在疯狂的大规模产卵事件之后，在浅滩沙地上产下一堆卵囊，然后任其自生自灭。如果发育中的果冻状卵经受住了机会主义捕食者和无情的海浪和潮汐的考验，那么米粒大小的幼体（称为副幼体）会在几周后破壳而出，开始随波逐流。在接下来的一个月左右，它们获得了逃离浮游生活方式并认真捕猎所需的游泳技能。但在早期，它们只能通过短促的运动脉冲来推动自己，因为它们会攻击桡足类和其他浮游动物猎物。然而，它们并非从一开始就完全被放在自主的环境中——它们生来就有一个内部卵黄囊，这是一种营养缓冲剂，可以让它们有时间磨练狩猎技能。

这只小月亮水母可以轻松地放在针头上，但它不会长时间保持这么小的体型。它属于钵水母，或真正的水母，这种水母通常体型较大且色彩鲜艳，大多数人都很熟悉。然而，它们的微小幼体形态，即碟状体，却不那么为人所熟悉。这种雪花状的碟状体是从母体水母（水母生命周期中附着在岩石、码头或其他表面的无柄有柄阶段）上萌发的一堆克隆体之一，漂浮在蔚蓝的大海中。这种萌发过程称为横裂，时间恰好与春季浮游生物的激增时间相吻合，这意味着新生碟状体将有大量的猎物。在合适的温度下萌发似乎是它们生长的关键。虽然成年月亮水母（尽管体型巨大，但仍被视为浮游生物）全年都生活在东北太平洋沿岸水域，但它们的碟状体对环境的要求更高。太热的话，它们会感到压力而死亡；太冷的话，它们又无法茁壮成长。

虽然这看起来像是水母同类相食的案例，但这实际上是野生水母繁殖的真实写照。虽然这只成年水母（真水母的近亲）不比指尖大，但它正在从胃壁上发育出一个更小的微型个体。成年水母成熟时，它们通常会释放精子或卵子，然后一起发育成息肉；但有时环境条件，如温度，会导致水母改变其繁殖策略，转而产生像这样的微型个体。虽然这种繁殖方式不是水母的常态，但也并不罕见；全世界至少有 50 种水母已知会从身体的某个部位长出克隆体。

桡足类动物是浮游动物中的优势类群之一，是一种微小的水生甲壳类动物，也是地球上数量最多的多细胞动物之一。大多数海洋桡足类动物都是自由生活的，许多物种一生都是浮游生物，但有些物种是共生或寄生在其他生物身上。这些寄生目 Monstrilloida 的雌性会离开底栖宿主，在水体中繁殖。与许多采用“沉没或游泳”繁殖方式的浮游生物不同，它们会为幼崽提供一些亲代照料。第一张照片中的雌性体长仅为 2 毫米，比芝麻还小，怀着一窝占满其大部分身体的亮绿色卵。她可以为未来的宝宝提供这么大的空间，因为成年宝宝不进食，所以不需要太大的肠道。相反，它们在生理上致力于创造下一代“小怪物”（ Monstrilla的词源，这是该群体中第一个被描述的属）。受精后，卵子会移出母体，进入一根长长的尾棘上，就像第二张照片中的雌性一样，粘液会将它们固定在原处，直到幼桡足类动物孵化成无节幼体。无节幼体很快就会离开浮游生物群落，入侵宿主并长大成为寄生虫，直到它们准备好继续这个循环。

如果这只紫色的被囊动物幼虫看起来有点像青蛙蝌蚪，那绝非巧合。被囊动物是脊索动物，在生命的某个阶段，它们既有脊索（脊椎的前身），又有神经索。这使它们成为人类的远亲。这是一种意想不到的联系，尤其是因为成年被囊动物通常是五颜六色的凝胶状斑点。在脊椎动物中，脊索和神经索最终会变成脊柱和脊髓，而在被囊动物中，它们会在短暂的幼虫阶段后消失。在雌雄同体的父母体内孵化一个月后，紫色的被囊动物蝌蚪会浮出水面，在水柱中停留一两天，寻找合适的家来安居。一旦它先将头附着在固体表面上（无论是码头、桩子还是海藻），它与脊椎亲属的相似性就会消失。它在转变为最终形态时会吸收自己的尾巴，然后迅速开始进食和繁殖，建立一个迷宫般的殖民地。

这种“游泳头盔”是带状蠕虫的幼虫，带状蠕虫是一种不分段的海洋蠕虫，具有令人印象深刻的可伸缩喙，用于刺伤猎物。为了繁殖，这群蠕虫（也称为纽形动物）会对水中的化学信号作出反应，并聚集在交配球中协调产卵。在某些物种中，受精卵最终会发育成自由游动的幼虫，例如这种称为 pilidium 的幼虫。在变态过程中，pilidium 内会发育出蠕虫状的幼虫。当蠕虫的浮游阶段结束时，幼虫会冲出 pilidium，吞食其幼虫组织，然后前往海底开始作为底栖成虫的生活。

为了繁殖，雄性寄居蟹会在雌性蜕皮后将精子排入其腹部附近。雌性会储存精子，直到产下数百个卵子，并且受精条件成熟。然后，雌性会孵化这些卵子，提供一定程度的保护。（雌性每年可以产下几窝。）幼寄居蟹孵化成蚤状幼体（第一张照片）。长刺和流苏状触角帮助它们漂浮。蚤状幼体要经历大约四次蜕皮才能变成大眼幼体（第二张照片）。幼蟹在这个阶段仍然很小，但更接近它们成年后的体型。由于寄居蟹的腹部没有坚硬的外骨骼覆盖，它们会滑入空蜗牛壳的螺旋腔内以寻求保护。如果食物或贝壳稀缺，寄居蟹会保持浮游状态更长时间，然后再沉入海底。

和寄居蟹亲戚一样，真蟹一开始是长满刺的蚤状幼体，然后变态为大眼幼体。在这个相对短暂的最后幼体阶段，蟹大眼幼体大多是浮游生物，用尾巴帮助自己游泳。但它们也会将尾巴收在腹部——就像这只优雅的装饰蟹一样——因为它们偶尔会潜入海底弯曲腿部并行走，为完全的底栖生活做准备。不过，这只装饰大眼幼体将不得不等待，以测试其同名技能。该物种的成年个体是东北太平洋最多产的装饰者之一。它们剪下环境中的碎片，如藻类和海绵，并使用专门的钩状结构用这种伪装材料装饰自己的身体。但幼虫要等到它们永久定居在海底后才能进行装饰。当它们变身为幼年形态时，它们会获得钩子并立即开始彻底装饰自己。

多毛类动物（通常称为多毛虫）的生活方式千差万别，它们繁衍后代的方式也不例外。例如，一些生活在海底的成虫会根据环境线索（如月球的阶段）部分或全部转变为会游泳的生物。在短时间内，它们会变成浮游生物，并成群结队地聚集在水面产卵。其中一些成群结队的游泳者只是在配偶附近释放配子，然后就此结束一天的生活。其他物种则更加注重繁殖，比如这只带着卵的雌性高贵项链虫就参与了产卵活动，以收集精子。一旦她放在外部育雏囊中的卵子受精，她就会在它们孵化的时候把它们带回海底。当幼虫要独自进入水中时，母亲会第二次出现在浮游生物中，释放她发育成熟的幼虫。

多毛虫幼虫听起来并不可爱，但多毛类动物幼虫却有其魅力。这种特殊的幼虫状生物是羊皮纸管虫幼虫，这种多毛类动物成年后生活在海底建造的细长管道中，不引人注意。但与其他多毛类动物一样，羊皮纸管虫一开始是活跃的团块，称为担轮虫。担轮虫形状像陀螺，最初除了头部、眼睛和用于移动的纤毛带外，几乎没有其他显著特征。随着它们的成长，这些幼虫开始发育出身体节段，长出同名的鬃毛，并形成更具特色的形状——例如这只幼虫的大嘴和大黄蜂形状的后端。