第三章南极生物耐寒机理 生存于南极洲种类不多的生物,有着奇特的环境适应能力。主要表现在耐黑暗、抗低温、耐高盐、抗干燥等方面。在漫长的极夜里,南极洲的生物主要通过变换自身的颜色、改变代谢方式、休眠等办法求得生存。独特的南极环境,孕育着奇特的生物,造就了生物的多种适应性,为科学家研究生物的进化和适应能力,开辟了广阔的天地。 南极生物为什么不怕冷 南极地区是寒冷的地区,所以上面的生物也是有限的。生活于南极洲种类不多的生物,有着奇特的环境适应能力,这些生物耐寒的生长主要表现在耐黑暗、抗低温、耐高盐和抗干燥等方面。在漫长的极夜里,南极洲的生物主要通过变换自身的颜色,改变新陈代谢的方式、休眠等办法求得生存。 生活在南大洋中的鱼类的抗低温本领,早为人们所熟知。南极鳕鱼能抗冻蛋白的发现,揭开了南大洋鱼类抗低温的秘密。因为抗冻蛋白能降低鱼类血液的冰点,使它们在低温下不冻结。现在人们正依照鳕鱼抗冻蛋白的结构,人工合成抗冻剂,用于现代医学和日常生活中。某些南极鸟类,还具有同一躯体两种体温的特性。曾经有人测得南极海鸥双爪的温度为0℃,而身体其他部位的温度却为32℃。这样,当它站在冰上栖息时,就缩小爪与冰之间的温差,以减少体温的散失。独特的南极环境,孕育着奇特的南极生物,这样就形成了生物的多种适应性,为科学家研究生物的进化和适应能力,开辟了新的广阔天地。 常见的南极动物有: ※企鹅 企鹅对每一个人来说再熟悉不过了,企鹅是南极的土著居民,它是当之无愧的居民。原因是企鹅的数量多、密度大和分布广;现已发现南极地区约有1亿多只企鹅,占世界海鸟数量的1%,南极大陆的沿岸及亚南极区的岛屿上有它们的踪迹。企鹅的那种道貌岸然、彬彬有礼和绅士般的风度,给人留下了深刻的印象。 ※南极磷虾 在南极辐合区以南的南极海域里栖息着南极磷虾,它是一种海洋甲壳类的动物,磷虾的眼柄基部、头部和胸的两侧还有腹部的下面长着一粒粒金黄色的并略带红色的球形发光器,当它们受到惊吓时,发光器就能发出像萤火虫一样的磷光来。 常见的南极植物: ※地衣 地衣是地球上最古老的植物之一,也是一种最为原始性的低等植物。地衣主要分布在南极大陆的沿海地带和岛礁的岩石上,经过了上万年的生物进化过程,它能适应南极洲那种极端寒冷、干旱的恶劣环境。所以,地衣是南极洲种类最多、分布最广的南极土著植物。地衣是靠孢子繁殖后代的,是在极短的南极夏季中完成其生长发育过程的。其自身的生长速度十分缓慢,每100年才生长1毫米。据说,一株10厘米高的地衣,其寿命可达1万年之久,可见它的生命是非常长久的。 ※苔藓 苔藓也是南极洲常见的低等植物之一,苔藓的生长较地衣需更多的水分,因此,它的种类没有地衣那么多,分布也没有地衣广泛。苔藓主要分布在夏季有冰雪融化能提供充足水分的地区,就有大面积的苔藓生长。例如,在南极大陆的沿海地区,特别是在雨水较多的南极半岛和南极大陆周围的岛屿上分布较为广泛。 除此之外,在南极洲还有生物量极其丰富的藻类,种类达130多种,最为常见的是冰藻、褐藻和绿藻。它广泛分布在南极大陆沿海潮湿的陆地表面、岩石表层、石缝、冰雪融化的溪流和季节性的湖中,特别是在有企鹅栖息地流出的溪水中,由于含有丰富的氮、磷营养盐,藻类的生长显得异常繁茂。 在维多利亚地的一个淡水湖里,有一种“湖藻”能忍受4个月的极夜,在极夜来临前,它能充分利用白昼的阳光,高效率地进行光合作用,合成大量的有机物,这些有机物除供湖藻生长发育外,还将剩余部分排到体外,贮存在它生活的水环境中。在极夜期间,它就停止光合作用,并吸收它释放出来的有机物,维持最低限度的代谢,就能发育生长。有一种名叫轮虫的生物,便可以不吃不喝地休眠4个月,度过漫长的极夜。还有一种名叫“冰雪藻”的生物,有阳光时,它便成绿色,黑暗时便成蓝绿色,依靠这种变换,吸收不同波长的光进行光合作用而生存下去。 ※美丽的海冰南极大陆周围的海冰是非常洁白干净的,一尘不染,如果游客看到在海冰上钻取的冰芯或是看到破冰船翻起的海冰,就会发现海冰中间是黄褐色的,原来,南极大陆周围的海冰中间,生活着大量的藻类,即使是在南极寒冷的冬季也进行着光合作用。然而,令科学家没有想到的是,这些富有生命力的有机体竟能在3500多米深的冰层里生存。对于这些生命物质的研究将有助于人们了解南极冰层深处的生态环境,从而进一步发现南极冰下不为人所知的一面,这样就为进一步揭开南极奥秘提供了重要帮助。 人类生物节律是经过数万年进化形成的遗传机制,生物节律功能降低不仅仅引起生理问题,还容易使人焦虑烦躁,从而产生心理问题。南极大陆上没有自然繁衍的土著居民,人类进化的生物节律是否适应南极特殊周期环境是一个很大的科学之谜,也是若干年以后人类可否向南极大陆大规模迁徙而必须解答的一个科学问题。 寒冷的南极,生物的种类有很多,然而随着冰川的暖化,形成的美景也是美不胜收的。 知识窗 余万霰说:“在南极度夏,科考队员‘晚上’只能拉上厚厚的窗帘入睡。去野外考察,如果不看表,根本感觉不到时间的变化,连吃饭也没有早餐、中餐还是晚餐的概念。而且,远离人类聚居区,安静得出奇的环境,远离祖国和亲人的孤独心理常常困扰考察队员,让人类感到莫明其妙的狂躁。此外,南极寒冷,人体体温调节生物节律的能力下降。在中国南极考察队员中进行生物钟基因检测与研究,可初步认识到中华民族人种群生物遗传节律机制是否适应南极大陆。” 1.南极大陆的鱼类有什么特点? 2.南极大陆的海冰有什么特点? 3.南极大陆常见的生物有哪些? 企鹅为什么能够在南极生存 ※企鹅说到南极动物,首先想到的是企鹅。南极是企鹅的乐园,也是南极的象征。南极终年积雪,异常寒冷,但是却是企鹅生活的乐园。企鹅是种很古老的海鸟,可能在南极还没变得那么寒冷以前,它们就居住在这里了!经过长时间的进化和时间的演练,企鹅全身的羽毛变成重叠、密接的鳞片状,几乎不透水,保暖性非常好,而特别肥厚的皮下脂肪使它更耐寒,在冰水中游泳就不在话下了。 企鹅是一种恒温动物,候鸟也有季节迁移的特性,而企鹅自身是不会迁移的。大多数种类的企鹅生活在亚南极水域的岛屿上,它们依恋故乡的感情是十分强烈的。 原来在很久很久以前,南极并不是一个冰天雪地的地方,企鹅的祖先就生活在那里了。后来南极的气候变得越来越冷,许多动物因为忍受不住寒冷而离开了,但企鹅在适应环境的过程中,羽毛变得密集重叠,大陆的漂移将企鹅留下,它们的主食是甲壳类动物和软体动物,这里的海洋面宽,可说是水族最繁荣的领域。南极没有凶猛的食肉野兽,使企鹅的生存又多了一分安全保证。企鹅的祖先是管鼻类的动物,它们是从赤道以南的区域开始发展起来的。根据动物学家的推测,它们那时只选择了南下,而没有继续向北挺进。因为热带炎热的气候阻挡了企鹅北上的道路,特别是它们无法忍受热带的暖水。 御寒散热,企鹅之所以能够低抗南极那种极度的寒冷,是因为它们不仅有特别厚的皮下脂肪,而且全身的羽毛特别光滑,覆盖异常严密,风一吹就会紧紧地贴在身上,有效地防止了身体热量的散失。当企鹅伏在窝里的时候,因为其羽毛保温的作用特别强,所以落在它们身上的雪不会融化,就像又盖了一层棉被似的,形成了一个隔热层,反而睡得更加舒服。但是,有其利必有其弊,一到夏天,天气稍微暖和一点,企鹅就会热得受不了。通常,它们会站立起来或张开嘴巴呼吸来散热。它们羽毛稀少的头部也是很好的散热器。此外,还可以用梳理羽毛呼扇着翅膀、叉开双脚等方法将身体内多余的热量散发出来。当这些方法都无济于事时,它们就会跳到海里去痛痛快快地洗个燥。 世界这么大,企鹅却选中这块冰冷的天地繁衍生息,这到底是什么原因呢? 第一,企鹅是最古老的一种游禽,它们很可能在南极洲未穿上冰甲之前,就已经来此定居。也可能那时的南极大陆与美洲等大陆相连,既能防止海水浸透,又能抵御寒风的侵袭,使它可以继续呆在南极。这块充沛的食源地,就成了企鹅安家落户的好地方。 第二,南极的风雪低温,使可能生存的一些生物遭到淘汰,而企鹅在数千万年的暴风雪磨炼中,经过漫长的进化,使它们整体的羽毛已变成重叠、密集的鳞片状。企鹅的皮下脂肪层特别肥厚,这对维护体温又提供了保证。 第三,很多的高等生物不能在南极生存,在这里生存的企鹅没有天敌。南极洲就成了企鹅“与世无争”的安全基地。 并非所有的企鹅都生活在寒冷的南极,也有一些生活在温带。但是,它们共同的特点就是耐寒,不耐热。中午时分,企鹅大多躲在阴凉的地方,只在黎明或黄昏气温较低时才出来活动。企鹅是游泳和潜水的高手。 如果人类不注意保护南极这一干净的土地的话,那么,几十年后在这片领域也许就见不到企鹅了。企鹅在南极生物圈占据着重要地位。南极海洋中的鳞、虾养育了大量的企鹅,而企鹅又成为海豹、虎鲸的重要食物来源。因此,可以说,没有企鹅就没有繁荣昌盛的南极动物世界。南极不适应许多动物生活,而企鹅长期生活在“与世无争”的环境里,没有自然的天敌,最后当然唯我独尊。知识窗目前已知全世界的企鹅共有18种。特征为不能飞翔;脚生于身体最下部,故呈直立姿势;趾间有蹼;跖行性(其他鸟类以趾着地);前肢成鳍状;羽毛短,以减少摩擦和湍流;羽毛间存留一层空气,用以绝热。背部黑色,腹部白色。各个种的主要区别在于头部色型和个体大小。 包括6属18种企鹅: 1.王企鹅属(Aptenodytes) 有两种:帝企鹅和王企鹅,是最大型也是最漂亮的企鹅。 2.阿德里企鹅属(Pygoscelis) 有3种:巴布亚企鹅、阿德里企鹅、南极企鹅。 3.角企鹅属(Eudyptes) 企鹅中种类最多,分布最广的一属,有6种:凤冠企鹅、响弦角企鹅、竖冠企鹅、史氏角企鹅、冠企鹅、长冠企鹅。 4.黄眼企鹅属(Megadytes) 只有1种,即黄眼企鹅,分布于新西兰南岛一带。 5.白鳍企鹅属(Eudyptula) 有2种,是最小型的企鹅,包括:小鳍脚企鹅、白翅鳍脚企鹅。 6.环企鹅属(Spheniscus) 有4种,是分布最靠北的企鹅,包括:非洲企鹅、洪堡企鹅、麦哲伦企鹅、加岛环企鹅。 1.企鹅是什么动物? 2.关于企鹅有什么传说? 3.企鹅是怎样在寒冷的南极生存的? 南极的鲸是怎样过冬的 ※南极的鲸 鲸,俗名称之为鲸鱼,但实际上它不是鱼,而是海洋里的哺乳动物。鲸虽然是庞然大物,但并不是都吃鱼类,除少数的齿鲸外,其他的鲸却连小鱼也不吃,而主要以磷虾为食。除少数鲸性情凶猛,有伤人的行为之外,多数鲸的性情还是比较温和的。无论是在什么样的环境下,鲸鱼的体温均保持在36℃左右,常在极圈活动的鲸鱼,也演化出另一类局部异温功能。 鲸是胎生的,幼仔哺乳,它们用肺呼吸。终生在水中生活,而其他海洋哺乳动物和海鸟则前一段时间在水里,后一段时间在陆上生活。这种特殊的习性可能与其起源有直接的关系。企鹅善于游泳,擅长潜水是鲸和其他海洋哺乳动物的共同习性之一。 夏季游弋在南大洋的鲸一般不在南极周围的海域中过冬,迁徙生活是鲸的共同习性,像鱼类的洄游和候鸟的迁徙一样,不过只是时间、季节和地点各不相同罢了。迁徙是鲸的一种本能,也是生存所迫导致的,比如须鲸在其他海域进食很少,主要在南极海域进食,所以它必须返回南极海域。像鲸鱼、海豹和海豚这些大部分时间或一直都呆在海里的哺乳动物,用特殊的高级脂肪“外衣”保持自己的体温。但对于那些必须通过潜水进行捕食的动物来说,仅有皮毛保护是完全不够的,因为厚重毛发里的空气会被极强的水压挤出来,皮毛的保温功能会大大降低。而北冰洋和南极周围的海洋深水水温可以降至-40℃,可见,企鹅没有其他的保暖措施显然不行。 鲸脂是一层包裹整个身体的厚重脂肪“外衣”,重量可以达到体重的一半!这层脂肪的内壁上含有细细的血管组织,除帮助保持体温,还为很多需要长途跋涉进行繁殖和觅食的海洋动物提供了重要能量储备。除此之外,这层脂肪还可以帮助快速游动的动物将身体塑造成流线型,减少在水中游动时所消耗的能量,同时提高速度。动物栖身的海水温度变得异常寒冷,其自身的脂肪也就越厚。鲸脂是通过吸食母体乳液获得的。举例说明,一只灰鲸幼仔每天要喝掉110多升乳液,这些乳液的功能相当于人造黄油。但这么厚的皮下脂肪还是不能完全阻挡体温外流,因此鲸鱼还需要摄取大量食物,来维持自身的体温所需能量。 ※美丽的鲸鱼 鲸是南大洋中重要的生物资源之一,南大洋的鲸正在受到人们的保护,但也有个别国家不顾禁令,肆无忌惮地在南大洋捕杀鲸鱼。南大洋的鲸多数是从亚热带和温带迁徙过来的,在每年的11月左右到达南极海域,其他多数鲸种在南极地区或在迁徙的途中寻偶、交配,在温带和亚热带等地方繁殖后代。在南极海域很难看到正在哺乳的幼鲸。 鲸鱼和其他温血动物最大的不同点在于:其活动环境是在较低温的水中,水有相当大的比热及传热能力,因此温度变化很快,鲸鱼无法以聚集、筑巢等方式维持体温,于是演化出超厚的皮下脂肪。过去曾记录过,鲸鱼脂肪厚达50厘米。 鲸鱼的前鳍、尾鳍和背鳍并无鲸脂的分布,当鲸鱼潜到阳光照射不到的深海,或是南、北极的时候,鲸鱼的鱼鳍难道不会冻到无法活动吗?对此,鲸鱼鳍上的动脉分为无数平行的小动脉,每条小动脉周围又被许多纵行的静脉血管包围,形成一个一个的血管束,利用动脉与静脉的紧密接触,从而减少热能的散失,关于这一点和企鹅脚不怕冷的道理是一样的。 血管束主要控制鲸鳍末端有可能散失的热,继而保持体内的温度,但当鲸鱼因为活动,动脉血将一直保持着原有的温度到达鳍肢,并把过多的热量散发出去的时候,中途就不再把一部分热量传递给静脉。鲸鱼还会透过血管的收缩,有效维持体温,当水温上升时,体表面的血管便会扩张,加速身体的散热功能。 保护人类的朋友——鲸和其他生物,爱护地球是人类一项艰巨而神圣的责任。 知识窗 蓝鲸是一种海洋哺乳动物,属于须鲸亚目。蓝鲸被认为是地球上生存过的体型最大的动物,长可达33米,重达181吨。蓝鲸的身躯瘦长,背部是青灰色的,不过在水中看起来有时颜色会比较淡。蓝鲸不容易捕杀和保存。蓝鲸的速度和力量意味着它们通常不是早期捕鲸人的目标,他们选择捕杀抹香鲸和露脊鲸。当这两种鲸数量减少后,捕鲸人选择捕杀须鲸的数量增加,包括蓝鲸。1864年,挪威人斯文德·福因用专门设计捕捉大型鲸鱼的渔叉装配了他的轮船。虽然最初很麻烦,但这种方法很快流行起来,19世纪末,北大西洋的蓝鲸数量开始减少。 1.南极鲸鱼是如何过冬的? 2.南极鲸鱼与其他混血动物有什么不同之处? 3.南极鲸鱼是通过什么来散热的? 南极周围海底是否有生物存在 南极周围的海域一年之中一多半的时间都是被海冰覆盖着的,在海冰上除了能看见海豹和企鹅以外,几乎看不到其他的生物。冬季,这里是超过-40℃严寒的冰雪世界。然而冰下海水的温度为-1.8℃。一年四季温差很小,然而和冰冷的海冰上的温度相比,可以说是非常暖和的环境。因此,生活着为数众多的底栖生物,考察队员冬季在海冰上打冰洞钓鱼时,若鱼钩放到海底,经常会钓上南极易断海星等底栖生物。 在比较浅的海底,生活着外径直径为3厘米至4厘米的红色海胆,它身体的躯壳是淡红色,还有很像扇贝的南极日月贝、腕足长5厘米的蛇尾纲、体长l至4厘米的海蜘蛛、长达l米的纽形动物等。多岩石的海底比沙质海底生长着更多的动物,有各种大小的海绵动物和海鞘、八放珊瑚类、在石灰质洞居住的沙蚕、红色的海星和腕足长20厘米至30厘米的海齿花等。在看惯了满是白色海冰的眼里,还可观赏到如此丰富的海底生物,实在令人惊叹不已。有些地方的底栖生物量比温带海域还多。 ※海鞘 海鞘广泛分布于世界各大海洋中,从潮汐到千米以下的海底都有它的足迹。 由于海鞘喜欢寒冷的地方,主要生存的地区都在寒带或温带,热带地区较少并且个头也异常小。可食用的海鞘只有一到两种,目前在日本宫城和岩手两县,有大面积养殖海鞘的地方。产季在每年的6到8月,被称为“东北珍味”。由于产季短、产量小,所以只有在日本、韩国和法国有较多的作为食材来食用。由于海鞘的外层有较厚的纤维所以需用利刃剥开,方能食用。生吃的海鞘味道甘甜,但有一定的苦涩味,其肝脏有强烈的苦涩味。海鞘肉可水煮或用卤汁下去卤,减少苦涩味。日本的战国大名伊达政宗却喜欢食用。 ※海星 海星是海生无脊椎动物的统称,非属鱼类。身体是扁平的,星形,具腕,现存的有1800种。海星分布在各个海洋之中,在太平洋北部的种类最多。辐径1厘米~65厘米,多数20厘米~30厘米。腕中空,有短棘和叉棘覆盖;下面的沟内有成行的管足,使海星能向任何一个方向爬行,甚至爬上陡峭的墙壁。 这些海底生物大多数都是依靠食用悬浮在水中的颗粒状有机物和沉淀在海底的碎屑而生活,这些颗粒状有机物是由海水中的浮游植物和海冰中的微型藻类的光合作用产生的,也有些浮游生物的粪便和残骸。在阳光充足的夏季,产生的有机物沉入海底,成为底栖生物的饵料。底栖生物除在夏季吃足把营养储存在体内外,在没有阳光的冬季一边吃积存在海底颗粒状有机物,一边改变食性也吃些动物的尸体等,千方百计地使自己机体适应环境来度过饵料少的冬天而存活下来。虽然说南大洋底栖生物的生物量非常大,但因在低水温生活,自身的生长速度缓慢,一旦遭受了破坏,那么要想恢复到原来的状态,就会需要花很长一段时间。 ※水母 水母,是海洋世界中重要的大型浮游生物。水母的身体直径最长可以延伸到1米左右。水母的寿命非常短,平均只有数个月的生命。水母是无脊椎动物,属于腔肠动物门中的一员。全世界的海洋中有超过200种的水母,主要分布在全球各地的水域里。 水母的伞状体内有一种特别的腺,这个特殊的腺可以发出一氧化碳,使伞状体膨胀。而当水母遇到敌害或者在遇到大风暴的时候,就会自动将气放掉,沉入海底。当海面恢复平静的时候,它只需几分钟就可以生产出气体让自己膨胀并漂浮起来。水母触手中间的细柄上有一个小球,里面有一粒小小的听石,这是水母的“耳朵”。由海浪和空气摩擦而产生的次声波冲击听石,刺激着周围的神经感受器,使水母在风暴来临之前的十几个小时就能够得到信息,那些出现在海面上的水母就会一下子全部消失。 知识窗 海洋生物是指海洋里的各种生物,包括海洋动物、海洋植物、微生物及病毒等,其中海洋动物包括无脊椎动物和脊椎动物。无脊椎动物包括各种螺类和贝类。有脊椎动物包括各种鱼类和大型海洋动物,如鲸鱼、鲨鱼等。海洋生物富含易于消化的蛋白质和氨基酸。食物蛋白的营养价值主要取决于氨基酸的组成,海洋中鱼、贝、虾、蟹等生物蛋白质含量丰富,富含人体所必需的9种氨基酸,尤其是赖氨酸含量更比植物性食物高出许多,且易于被人体吸收。 当你们遇到这些受保护的动物以后应当做些什么呢?可千万别忘了这些动物是我国海洋生物中的“国宝”啊! 1.海星有什么特点? 2.水母有什么特点? 3.常见的南极海底生物有哪些?

上一页 下一页