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深海里的追光者

2022/05/29
導(dǎo)讀
如果生命的意義在于了解自身，或許生命之光能夠照亮前方的道路。
巨輪航行在大海上，無論航行至何處，若在船后拖一張漁網(wǎng)深入黑暗邊界之下，撈上來的大多數(shù)動物都會發(fā)光。海洋廣闊無垠，海面與海底之間容納著巨量水體，構(gòu)成了地球上最龐大的生態(tài)系統(tǒng)。

我們今天談?wù)摰?，是一個由“造光者”組成的世界。從這個角度來看，如果海洋中的大多數(shù)動物具有發(fā)光屬性，那么地球上的大多數(shù)生物都在以一種我們不理解的語言溝通交流——光的語言。

不同物種的發(fā)光表演，從右上角起順時針依次為：魷魚（魏氏鉤腕烏賊，Abraliaveranyi）、磷蝦(北方磷蝦，Meganyctiphanes norvegica)、巨口魚(巴氏黑巨口魚，Melanostomias bartonbeani)、水母(紫藍蓋緣水母，Periphylla periphylla)和蠕蟲(磷沙蠶，Tomopteris sp.)(作者供圖)


伊迪絲·威德，海洋生物學(xué)家，從1984年首次潛入深海遇到發(fā)光生物后，就一直在做一個“追光者”。

伊迪絲·威德，海洋生物學(xué)家

  • 若沒有光


伊迪絲人生第一次看到生物發(fā)光是在自家的后院里。溫暖的夏夜，閃爍的螢火蟲，散發(fā)著醉人清香的草地，它們構(gòu)成了伊迪絲的童年回憶。

但幼年時代關(guān)于螢火蟲發(fā)光的思考，并不是伊迪絲長大后從事另一有機體發(fā)光機制研究的原因。甚至可以說，在遇見螢火蟲之后的近20年里，她從未思考過動物如何發(fā)光這一問題。在失明以后，她才開始癡迷于生物發(fā)光現(xiàn)象。

從11歲起，伊迪絲就樹立了成為海洋生物學(xué)工作者的堅定目標(biāo)。1969年秋，伊迪絲進入塔夫茨大學(xué)學(xué)習(xí)生物學(xué)，夢想著將來能成為一名海洋生物學(xué)家。但幼時背脊受傷沒能及時治療，導(dǎo)致伊迪絲現(xiàn)在脊柱錯位嚴重，不得不進行脊柱融合手術(shù)。

術(shù)后伊迪絲不幸染上了一種名為“彌散性血管內(nèi)凝血”（DIC）的血液疾病，幾乎全身出血，甚至造成視力惡化。短暫性失明、掙扎于生死線的記憶讓伊迪絲渴求更多安全感。

沒有人能準(zhǔn)確告訴伊迪絲成為一名海洋生物學(xué)家需要具備哪些素養(yǎng)，她也不知道職業(yè)前景如何，相比之下，“成為一名醫(yī)生”的道路已有無數(shù)前人走過，路標(biāo)清晰。

大二秋季學(xué)期回到塔夫茨，伊迪絲從海洋生物學(xué)系轉(zhuǎn)專業(yè)到醫(yī)學(xué)預(yù)科。1973年，伊迪絲從塔夫茨大學(xué)畢業(yè)，進入哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院。她做了兩年實驗室技術(shù)員，而后進入加州大學(xué)圣巴巴拉分校電子工程專業(yè)攻讀碩士。

后由于自我規(guī)劃，伊迪絲希望能獲準(zhǔn)轉(zhuǎn)向儀器學(xué)，但被科學(xué)儀器項目的創(chuàng)始者兼主任維爾吉爾·埃林絲以“女人不會修東西”而拒絕。

這種事不是第一次了。此前伊迪絲在哈佛醫(yī)學(xué)院的老板也堅信女性缺乏真正創(chuàng)新所需的天才火花，認為最適合她們的路是為"光彩奪目的男人"充當(dāng)穩(wěn)定劑。伊迪絲的母親教導(dǎo)她，不要浪費時間把自己的缺點與性別牽扯在一起。

她最終決定轉(zhuǎn)至生物化學(xué)系，后成為神經(jīng)生物學(xué)家吉姆·凱斯的帶薪研究生。吉姆·凱斯是生物發(fā)光領(lǐng)域的泰斗，先后培養(yǎng)出許多優(yōu)秀的研究生，科學(xué)生涯成績斐然。在這里，伊迪絲正式開始接觸生物發(fā)光領(lǐng)域。

  • 像煙花一樣綻放


1982年，伊迪絲隨“貝萊羅四號”科考船踏上第一次海洋探險。

夜間捕撈能看到各種發(fā)光生物。閃爍的浮游生物、發(fā)光的磷蝦、擁有發(fā)光器官的燈籠魚；黑絲絨質(zhì)感的巨口魚，身形細長，像一只下巴上掛著鞭子形發(fā)光魚餌的鰻魚；哥特風(fēng)格的墨黑色幽靈蛸，鰭根處有兩個巨大的可開合發(fā)光器官，仿佛另一對眼睛。

從第一次身穿“黃蜂”金屬潛水服深入水下，伊迪絲便無可救藥地沉迷其中。

準(zhǔn)備下潛，深海的寒冷足以穿透金屬潛水服，必須盡可能穿暖(作者供圖)

1984年，伊迪絲剛博士畢業(yè)，有幸加入一個科研小組，這個科研小組首次將這種潛水服應(yīng)用于探索海洋。他們在懷尼米港的一個水箱中接受了訓(xùn)練，接著伊迪絲的第一次公海潛水就在圣巴巴拉海峽開始了。

這是一次夜?jié)?，伊迪絲在距海面800英尺的地方關(guān)掉了照明設(shè)備。無數(shù)放光微粒將她環(huán)繞，仔細觀察可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)光體大多像是內(nèi)部點亮的有機原生質(zhì)，由2至4個微型發(fā)光球串聯(lián)組成，外部包裹著輕盈的護套，不禁讓人想起“人魚之淚”的意象。后來，當(dāng)人們讓伊迪絲描述所見之景時，她脫口而出：“好像煙花一樣綻放！”

1985年，伊迪絲在“深海漫游者”上首次借助“SPLAT網(wǎng)”在水下拍攝記錄發(fā)光現(xiàn)象。某些結(jié)實的圓形水母撞擊網(wǎng)面時發(fā)射出完美的光鏈；而另一種精致的水晶狀水母好似熱氣騰騰的圓面包，邊緣長著數(shù)百條線狀觸須。櫛水母產(chǎn)生的光帶會沿著櫛板傳導(dǎo)，形成優(yōu)美的數(shù)字“8”的形狀。更加震撼人心的是管水母，它們身體的不同部位各有不同的發(fā)光方式，其中，雙小水母的氣胞囊發(fā)出穩(wěn)定的光芒，而布滿觸須的下半部則明暗閃爍。另一種名為漿果離翼水母的管水母下半部光線明亮，而光帶則沿著氣胞囊所連接的內(nèi)莖舞動。

依據(jù)攝像機記錄的成果，伊迪絲著手建立了一個生物發(fā)光特征數(shù)據(jù)庫，存儲不同可識別生物發(fā)光的時間與空間特征，從而幫助人們識別背后的發(fā)光體。

在這次考察接近尾聲時，哥倫比亞廣播公司、美國全國廣播公司報道了這次的探索發(fā)現(xiàn)。英國廣播公司還拍攝了一部有關(guān)伊迪絲他們探險的紀(jì)錄片，展示了生物發(fā)光錄像，以及當(dāng)時世界上分辨率最高的深海生物視頻記錄。

深海礁環(huán)冠水母(作者供圖)


伊迪絲希望這能夠吸引外界對深海探索的額外資助，但深海探索，尤其是生物發(fā)光領(lǐng)域獲得的資金支持，相比于太空探索簡直少得可憐。

  • 發(fā)光是生存選擇


1997年夏末在緬因灣執(zhí)行科考任務(wù)時，伊迪絲和前博士后、如今的合作者塔米·弗蘭克在不同深度用樣帶取樣，記錄動物在不同光線下的分布模式。從2600英尺上升至2400英尺深度時，他們發(fā)現(xiàn)了一只紅色章魚，隨即將其捕獲。

這是一只會發(fā)光的章魚，甚至是吸盤會發(fā)光。生物發(fā)光雖在槍烏賊中很常見，卻較少出現(xiàn)在章魚中。事實上，目前僅有兩個已知案例，發(fā)光器官也與吸盤無關(guān)：在雌性的嘴部周圍，奇特的扇形黃色環(huán)中會發(fā)出光亮，而且只在特定時間——可能是試圖吸引配偶的時候。

而后他們在顯微鏡下觀察章魚發(fā)光器官的橫截面時，發(fā)現(xiàn)了吸盤特有肌肉環(huán)的殘余。這是已經(jīng)進化為發(fā)光器官的吸盤。發(fā)現(xiàn)成果被發(fā)表在《自然》上，這是一個在進化過程中被發(fā)現(xiàn)的生物案例。

隨著章魚進化出可吸引配偶和食物的發(fā)光吸盤，它們便得以結(jié)束底棲生活，選擇在開放的海洋中生存，原本用于攀附巖石和貝類的吸盤失去了作用。某個身體部位一旦遭到淘汰，失去自然選擇中的優(yōu)勢地位，就會逐代退化，因為該部位功能障礙的突變會被選擇留下，這就是吸盤進化為發(fā)光器官的原理。不過，吸盤過去的某些殘余特性仍有存留。

生命被迫適應(yīng)變化，否則只有死路一條。

  • 海中之眼


伊迪絲一直想知道，如果沒有人類貿(mào)然進入帶來的驚嚇，深海本應(yīng)有哪些動物，做出怎樣的行為。

合乎邏輯的解決方案是開發(fā)一套遠程系統(tǒng)，一種動物看不到的相機照明系統(tǒng)。經(jīng)過數(shù)學(xué)計算，伊迪絲確信自己的方案可行，甚至為其起了個很酷的名字：海中之眼。萬事俱備，只欠資金。

蒙特雷灣水族館研究所的遙控潛水器正在部署“ 海中之眼 ”(作者供圖)

任何資助機構(gòu)在權(quán)衡財政支持時，都要確切知道最后會發(fā)現(xiàn)什么，但現(xiàn)實是伊迪絲也不知道！但伊迪絲堅信，那里一定存在著大量生物，許多聞所未聞，因為人類把它們都嚇跑了。

2003年海中之眼試驗成功后，伊迪絲立即向NOAA海洋探索研究辦公室上交了一份提案，建議以一種全新方式探索海洋——將海洋生物的視覺能力考慮在內(nèi)。

神奇的綠鸚鯛是伊迪絲的靈感來源，早在最初研究各類生物發(fā)光的顏色時，她便用光學(xué)多道分析儀測量了它的發(fā)光情況。與許多深海魚一樣，它的眼睛旁邊可發(fā)出藍色閃光，但下方還有一個更大的發(fā)光器官，能發(fā)出紅光。綠鸚鯛的驚人之處在于，它不僅能發(fā)出紅光，也能看見紅光！這意味著它擁有狙擊手視角，能夠“看見而不被看見”。

綠鸚鯛的紅光器官具有一個突出特點，即其上方效果顯著的截止濾光片，可將器官原本產(chǎn)生的明亮紅橙色轉(zhuǎn)變?yōu)楦档募t外線。

憑著大自然賦予的靈感，伊迪絲決定將截止濾光片與紅色LED相結(jié)合，從而降低照明的可見度。除此之外，伊迪絲還想通過效仿礁環(huán)冠水母發(fā)光與動物交流溝通。無論外界光照條件如何，這種深海水母都宏偉而瑰麗，能夠起到防盜警報的作用，向更高階的捕食者求救。深海生物往往有著超凡的眼力，任何提示性閃光都可能使捕食者發(fā)現(xiàn)獵物，此時的獵物已不再是水母，而是它的捕食者。

在伊迪絲看來，這種規(guī)模的生物發(fā)光現(xiàn)象或許能吸引到數(shù)百英尺外的捕食者，如果真是這樣，那么模仿礁環(huán)冠水母的優(yōu)勢有二：既有助于證實其防盜警報的作用，又能將大型捕食者吸引至海中之眼的鏡頭范圍內(nèi)。這種新型誘餌被稱為“電子水母”。

一只美洲大魷魚被附在“ 特里同 ”潛水器前方的電子水母吸引，該潛水器在拍攝《藍色星球 II》時潛至秘魯海岸之下(作者供圖)


2004年，在電子水母被激活86秒后，海中之眼拍到了一只巨型魷魚，一個全新的魷魚品種——并不僅僅是新種或新屬，很可能是一個新科！

在電子水母被激活 86 秒后，海中之眼將這只魷魚拍了下來，它在當(dāng)時完全是個新物種，無法歸入任何已知的科學(xué)類目(作者供圖)


在遞交NOAA的提案中，伊迪絲曾為此次任務(wù)取名“深鏡”，強調(diào)人們將采取全新的考察方式：新技術(shù)將幫助我們看透深海，并提供一種動物眼睛的視角。

  • 美杜莎與北海巨妖


在古代水手口中，北海巨妖是一只遮天蔽日的多臂怪獸，漂浮在海面時甚至?xí)徽`認作島嶼。如今我們終于明白，水手們描述的是大王烏賊。

對于海洋生物學(xué)家而言，大王烏賊就像亞哈船長的白鯨一般，象征著“常常溜走的那一位”。

2004，日本烏賊學(xué)者洼寺恒己在深海棲息地抓拍到大王烏賊的靜態(tài)圖像。日本廣播協(xié)會NHK在探索頻道的協(xié)助下邁出了野心勃勃的一步：為在自然棲息地拍攝大王烏賊提供資助。而伊迪絲也因海中之眼項目的成功，參與了這次歷史性的探險任務(wù)。同年，首次深鏡行動圓滿結(jié)束后，伊迪絲再次向美國國家科學(xué)基金會提出申請，希望打造一部系泊式的海中之眼。

2009年10月，相機順利部署完成。系統(tǒng)激活后開始自動記錄，自此人類對深海生命的觀察從微不足道的間歇細流變?yōu)橄浪堫^噴涌而出的水瀑。

伊迪絲對此早有預(yù)期，因此將工程預(yù)算的一部分劃給蒙特雷灣水族館研究所的計算機工程師，請他們開發(fā)一款自動圖像識別系統(tǒng)，匹配某些動物的外形輪廓，將出現(xiàn)生物運動的位置在影像中標(biāo)出，并將視頻上傳至網(wǎng)絡(luò)，把海中之眼打造成一部深海網(wǎng)絡(luò)攝像機。

系泊海中之眼大獲成功。但它需要從岸上鋪設(shè)電纜，花費極高，后勤物流壓力較大。隨著資金日益減少，再次部署的可能性十分渺茫。

因此，在2007年深鏡項目結(jié)束時，伊迪絲、賈斯汀·馬歇爾和宋克·約翰森構(gòu)想了一個全新平臺，將其命名為“美杜莎”。他們的設(shè)計理念是盡可能壓縮體積，使其能夠從船舷上放下來，回收時只需發(fā)射聲學(xué)信號，“美杜莎”便會卸下重物彈回水面，然后被拖回船上。

布蘭迪·納爾遜和伊迪絲·威德準(zhǔn)備好在英國石油公司漏油現(xiàn)場附近部署“美杜莎”(供圖：Sylvia Earle)


2012年，伊迪絲帶著美杜莎參與到了NHK拍攝大王烏賊的項目中。

潛水點位于小笠原群島附近，該群島是東京以南600英里處的亞熱帶島嶼鏈。洼寺恒己正是在這些水域拍攝到靜態(tài)圖像的，他相信抹香鯨每年都會來這里捕食大王烏賊。

7月3日，多少人苦苦尋覓多年都未能追蹤到大王烏賊，配備光學(xué)誘餌的美杜莎系統(tǒng)卻一戰(zhàn)成功，連續(xù)捕捉到三組鏡頭！

2019年，伊迪絲帶著美杜莎系統(tǒng)踏上一程不同尋常的旅行，這是由NOAA資助的墨西哥灣科考任務(wù)，被稱為“午夜之旅”。

6月17日美杜莎系統(tǒng)第二次成功拍到大王烏賊，它證實了第一次的成功并非運氣。

之后，在NOAA網(wǎng)站上，伊迪絲指出此次發(fā)現(xiàn)魷魚的海域位于墨西哥灣油井邊緣，這里每天生產(chǎn)近200萬桶石油。

事實上，伊迪絲所處位置與阿波馬托克斯深海石油鉆井平臺距離極近，這是地球上最大、最深的鉆井平臺之一。由于對化石燃料的長期依賴，人類的痕跡竟已擴展至傳說中北海巨妖的巢穴！

漫長的歷史中，人類往往將大自然視為要去對抗的怪獸，欲將其擊潰征服。人口劇增，人類破壞地球的能力也增強了，伊迪絲擔(dān)心，如果堅持將自然界看作需被征服的怪物，人類只會因自負走向毀滅。

2005年，伊迪絲協(xié)助創(chuàng)辦了非營利環(huán)保組織海洋研究和保護協(xié)會（ORCA），隨著港灣海洋研究所的潛水器項目逐漸減少，她意識到需要關(guān)注那些與海洋健康有關(guān)的嚴峻議題。

趁現(xiàn)在還來得及，人類需將重點放在對地球的探索上。我們已明白海洋賦予地球生機，卻又對它知之甚少，我們需要開啟一個全新的探索時代，專注于我們最寶貴的財富——生命。

如果生命的意義在于了解自身，或許生命之光能夠照亮前方的道路。

（本文摘編自《深海有光》，中信出版社2022年6月出版，經(jīng)授權(quán)發(fā)布）

內(nèi)容｜中信出版社編輯｜Winner
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