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小丑鱼“闻出”回家之路

2016/08/29

(英)吉姆?艾尔-哈利利约翰乔?麦克法登

    在 整个科学领域,量子力学是最具影响力的重要理论。没有量子力学,我们就无法解释世界是如何运转的,比如:知更鸟长途迁徙时是如何通过微弱的地球磁场感知方 向的?小丑鱼是如何找到回家之路的?光合作用中能量的传递效率为什么那么高?对所有这些问题的解答,都离不开量子力学,离不开量子隧穿、量子相干性和量子 纠缠。

    此外,人造生命一定要遵循量子理论,因为没有量子力学,就不会有生命。费曼说过:“凡是我做不出来的,就是我还不理解 的。”如果有一天,人造生命真的成为现实,那将意味着我们终于理解了生命的本质。我们将会看到:生命正驾驭着混沌之力,在经典世界与量子世界之间狭窄的边 缘上,乘风前行!

    在靠近菲律宾佛得岛(islaverde)海岸的浅海中,一只剧毒的海葵锚靠在一丛珊瑚礁上。在海葵招摇的触须 中,有一对橙白条纹相间的小鱼。这种鱼叫作公子小丑鱼(com-monclownfish),正式一点的名称叫海葵鱼(anemonefish),学名是 眼斑双锯鱼或眼斑海葵鱼(amphipriono-cellaris)。这对小鱼中的其中一条是雌鱼,它的一生比大多数脊索动物要有趣多,因为它曾经并不 是雌性。像所有的小丑鱼一样,它出生时本是雄性,从属于这群小丑鱼中唯一的雌鱼。小丑鱼有严格的社会结构,一群小丑鱼通常栖息在一只海葵中,其中只有一条 是雌鱼。当这条小鱼还是雄鱼时,经过与其他雄性激烈竞争,它最终占了上风,得到了与唯一的雌鱼交配的权利。后来,一条鳗鱼游过,吃掉了雌鱼。于是,在它体 内休眠了数年的卵巢开始发育,它的睾丸随之停止工作。原来的雄鱼就这样变成了鱼群中的皇后,等待与下一条在竞争中胜出的雄鱼交配。

    从 印度洋到西太平洋,小丑鱼是珊瑚礁中常见的栖息者,它们以植物、藻类、浮游生物以及软体动物和小型甲壳动物为食。它们体型娇小,色彩艳丽,又没有脊突、锐 鳍、倒刺或鳍刺,鳗鱼、鲨鱼等游曳于珊瑚的捕食者不能轻易捉到它们。当受到威胁时,小丑鱼主要的自卫手段是在宿主海葵的触须间快速游动,这些海葵的触须有 毒,而小丑鱼的鳞片上覆盖了一层厚厚的黏液,可以保护自己免于中毒。作为回报,这些艳丽的租客会帮海葵驱逐不速之客,比如前来觅食的蝴蝶鱼。

    小 丑鱼真正变得家喻户晓其实要归功于动画电影《海底总动员》(findingnemo)。影片中,有人将小,丑鱼尼莫从大堡礁的家中一路劫持到了悉尼,它的 父亲马林所面对的难题,就是找到自己的儿子。然而,在实际情景中,小丑鱼所面临的挑战是如何凭借自己找到回家的路。

    每一只海葵都 可以为一小群小丑鱼提供栖身之所。鱼群中有一雄一雌两条占主导地位的鱼,还有若干青壮年雄鱼为了成为雌鱼的配偶而激烈竞争。雌鱼一死,为首的雄鱼就会变性 成为雌鱼。这项特殊的本领叫作雄性先熟雌雄同体,可能是生命为了适应在凶险的珊瑚礁中生存而发展出来的能力。在唯一具有繁殖能力的雌鱼死后,能让整个鱼群 不离开宿主海葵就继续存活下去。不过,虽然一整群小丑鱼可以在一只海葵中寄居数年,这些鱼的幼苗却不得不先离开它们安全的家,随后再踏上回乡之旅。

    对 大多数珊瑚鱼来说(小丑鱼是其中一种),月圆之夜便是产卵的信号。随着海上的满月开始亏缺,雌小丑鱼赶忙产下一团卵,到此为止,雌鱼的任务已经完成,只需 等待为首的雄鱼为这些卵受精。至于保卫鱼卵、驱逐其他食肉类珊瑚鱼就都是雄小丑鱼的事了。雄小丑鱼一直守卫着鱼卵,大约一周后,鱼卵孵化为幼苗,数以百计 的鱼苗便冲进洋流中。

    小丑鱼幼苗只有几毫米长,几乎完全透明。在大约一周的时间里,它们随着深海洋流一路漂流,以动物性浮游生物 为食。在珊瑚礁中浮潜过的人都知道,在洋流中漂流,海水将很快把你送出很远,因此,洋流可以将小丑鱼幼苗裹挟到距离它们出生的珊瑚礁数公里以外的地方。幼 苗中的大多数成了其他动物的盘中餐,但也有一些活了下来。大约又过了一周,为数不多的幸运儿游到了海床上,并在一天之内变态发育为幼年期小丑鱼,也就是小 一号的成年鱼。没有毒海葵的保护,游曳于海底的捕食者很容易抓到这些色彩艳丽的小丑鱼。它们要想活下来,必须尽快找到可以容身避难的珊瑚礁。

    通 常认为,珊瑚鱼幼苗在洋流中漂流,要找到一丛合适的珊瑚礁来栖身只能靠运气。但这种解释并不能完全说得通。因为大多数鱼苗都是游泳的好手,它们如果不知道 要去哪儿,怎么会如此卖力地游?2006年,著名的美国伍兹霍尔海洋生物实验尔?格拉克(gabrielegerlach)为一些生活在澳大利亚大堡礁水 域的鱼做了基因指纹鉴定。这些鱼生活在相距3-23公里的珊瑚礁中。她发现在同一丛珊瑚礁上栖息的鱼彼此之间的相似性要远远高于寄居在更远距离珊瑚礁中的 鱼。因为所有的珊瑚鱼幼苗会分散在一片很大的区域中,所以,要想解释这一现象,只能认为大多数成年鱼会回到它们出生时的珊瑚礁。不管以什么方式,每一只珊 瑚鱼幼苗身上一定留下了某种印记来帮助它们找到自己的出生地。

    不过,鱼苗或幼年小丑鱼在漂出那么远之后要回家怎么会知道该往哪个 方向游呢?海床上没有任何有用的视觉提示。因为没有参照点,所以四面八方看起来都一样:四周的沙子上点缀着卵石和巨砾,偶尔爬过一两只诸如螃蟹之类的节肢 动物。相距甚远的珊瑚礁也不大可能会发出任何能传到数千米之外的听觉信号。洋流本身又是一个问题,由于洋流的流向在不同深度的水层中不尽相同,要判断水体 是运动还是静止非常困难。同时,我们知道,磁感应能帮助知更鸟在冬季迁徙,但没有任何证据表明小丑鱼具有像知更鸟那样的磁感应罗盘。那小丑鱼究竟是如何找 到还乡之路的呢?

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