最近大连海边又双叒叕出现了神奇的荧光海,很多小伙伴都跑去海边欣赏,海浪拍打在岸边沙滩上,化成一道蓝色海岸线,海浪拍打在礁石上,蓝色的星星点点像是繁星落到大海中。不过,这梦幻般的景象是怎么形成的呢?荧光海中最常见的发光生物是夜光藻(Noctiluca scintillans),它是浮游甲藻的一种,主要分布在温带和亚热带近岸水域,属于常见藻类。
我国所见的夜光藻种类是红色夜光藻,有红色夜光藻海域,在白天看上去会泛淡红色,这是它的伴生藻类引起的颜色。其实红色夜光藻没有色素体,它是一种异养生物(非光合作用),通过吞噬浮游生物、硅藻、其他甲藻、鱼卵和细菌为生。夜光藻长着圆球形的身体,高度囊泡化,有一个能轻微活动的触手,能将外界小型浮游植物或有机颗粒送入胞口内,在细胞内形成食物泡进行消化。其原生质集聚于胞口附近,原生质中有一个核。
它们个头较小,其细胞直径为0.15至2毫米,在白天人们用肉眼也能发现它们的存在。夜光藻发光其实是一种保护机制,它的天敌是桡足类节肢动物,突然发光可以吓退它们,或者用光线把更大的动物引来,先把桡足类动物吃掉。目前已知的生物发光体系的发光机理分为两大类,一类是荧光素—荧光素酶体系,另一类是由Ca2+触发发光蛋白机制。夜光藻的发光机制属于前者。
在荧光素-荧光素酶体系中,发光底物荧光素(Luciferin)和荧光素酶(Luciferase)是分开的。当夜光藻表面受到外界压力刺激,会产生一系列的信号分子,使得荧光素在荧光素酶的作用下,被氧气氧化产生高能量的含氧荧光素,接下来释放能量,变成氧化荧光素,在此过程中大部分能量转化为光。在这个过程中荧光素酶是可以反复利用的,只会消耗荧光素底物。
陆地上的昆虫、蠕虫、细菌和海洋中的软体动物、细菌、鱼类等发光生物的发光机理都是这样的。夜光藻种群动态受到水文要素(温度、盐度等)、生物要素(中型浮游动物等)和气象要素(风速、风向等)等的影响。食物对红色夜光藻的生长尤为重要,但在不同水域其影响有较大的差异。下面以大连为例,看看什么时候会出现荧光海现象:红色夜光藻适温范围为10-25℃,在大连四月底至五月初是观看荧光海的最佳时期。
入夏之后随着气温的升高,大量夜光藻会死亡。要有往陆地方向刮的风。大连的大黑石和小黑石海域属于渤海,因此在刮北风时候,北风将夜光藻吹到岸边区域,观察到荧光海的几率会增加;而大连黑石礁海域属于黄海,所以刮南风时候在黑石礁出现荧光海的概率大一些。一般会出现在海湾。海湾更利于荧光藻的聚集和繁殖,一片三面环陆的海洋是观看荧光海的最佳地点。涨潮的时候荧光现象更明显。
由于夜光藻发出荧光需要外界的扰动,在涨潮的时候海浪较大的扰动会使夜光藻发光。而退潮的时候,大量近海的夜光藻会遗留在沙滩上,这时候在沙岸上散步会留下梦幻的蓝色脚印。也可以利用夜光藻在沙滩上“作画”。下过大雨之后不宜观看荧光海。夜光藻的最适盐度应在29-33之间,种群主要分布于海水表层,下过暴雨或梅雨季节表层水体盐度急降,这对夜光藻种群具有巨大的破坏力。
有人认为:夜光藻对污染很敏感,它们生活在清洁的水体环境中,因此荧光海现象只会出现在污染较少的海湾。其实事实恰恰相反!虽然夜光藻本身不具有毒性,但是它的出现正代表了海洋环境的恶化!海水富营养化,使得夜光藻作为食物的细菌、蓝细菌和单细胞藻类数量增加,有可能造成夜光藻的爆发性增长,从而形成赤潮。赤潮,又叫红潮,是一种水华现象。
它是海洋灾害的一种,是指海洋水体中某些微小的浮游植物、原生动物或细菌,在一定的环境条件下突发性增殖和聚集。夜光藻赤潮对海洋生态有着巨大的负面影响。夜光藻赤潮暴发时,大量细胞黏附在鱼的鳃部,导致鱼类因窒息而大量死亡,而死亡鱼类的降解过程大量消耗溶解氧、并释放硫化氢等有毒物质,对水体环境造成破坏。有毒物质在鱼、贝类体内积累,人食用之后可能引起中毒或死亡。夜光藻会摄食鱼卵,造成渔业产量下降。
夜光藻增加还会改变浮游植物群落结构,它们对硅藻和桡足类粪便的摄食,阻止了硅藻和桡足类粪便的沉降,不利于被固定的有机碳最终被储存在相对稳定的碳储库中。看来,荧光海虽然美丽,却是人类不愿意看到的景色呢!