珊瑚、海膽與蟹

珊瑚，總是在海底世界默默地展現它的絢麗斑斕。在很長一段時間裡，這些美麗的物種對於研究海洋環節動物出身的邱建文教授而言，雖算不上陌生，但可能也稱不上熟悉。他和珊瑚的淵源從潛水開始。「一開始我是不做珊瑚的，是跟我們一個同事一起，因為潛水所以接觸到珊瑚，然後發現有一些問題，就慢慢做，這幾年做得比較多一點。」

邱教授講起因為潛水，他們在深水發現了四個筒星珊瑚新種。筒星珊瑚在全世界範圍內物種量數都不是很多，「它們的顏色其實相當鮮艷，只要一下去就能看見。但是因為大家不知道，潛水員可能不了解或不在乎，知道的教授一般又不潛水，所以他們就沒有留意了。」這些新種與已知的常見筒星珊瑚在顏色、形態上等都明顯不一樣，通過仔細的形態分析，辨別珊瑚骨骼組織的特征，例如珊瑚杯的結構、隔片分布等，再對比所有相關文獻紀錄，提取出珊瑚的組織分析 DNA 以作輔助，邱教授團隊確認這些珊瑚屬於新種。「我們將這個屬在全球範圍的種數從（原本紀錄中）六個變成了十個。香港海事博物館也覺得我們這個發現表明香港這個小地方生物多樣性很高，還是挺有意義的，就讓我們做了一些珊瑚骨頭的模型拿去展覽。」

香港東部海底的筒星珊瑚，柳珊瑚，以及軟珊瑚（圖片來源：漁護署）

四個筒星珊瑚新種的骨骼模型（圖片來源：香港海事博物館）

太陽珊瑚，香港俗稱「炮仗珊瑚」，屬於「非造礁珊瑚」，體內沒有可以通過光合作用產生能量的共生藻類。它們棲息於 10 至 30 米較深的海底，會利用觸手捕捉海水中的浮游生物以獲取營養 。邱教授團隊在 2021-2022 年間發現了四個太陽珊瑚新種，均屬於「筒星珊瑚屬」，分別是「大杯筒星珊瑚」、「樹型筒星珊瑚」、「紫肉筒星珊瑚」，以及「綠壁筒星珊瑚」。

大杯筒星珊瑚 

樹型筒星珊瑚

紫肉筒星珊瑚

綠壁筒星珊瑚

珊瑚生態同樣是邱教授關心的議題。珊瑚在海洋的覆蓋面積不到 0.1%，但孕育了四分之一的海洋生物，被喻為「海洋生物世代繁衍的建築師」。與之相應的是它們對生活環境十分敏感，「它們的健康會受到人類活動和一些極端天氣的影響」。許多珊瑚絢爛的外表得益於體內五彩紛呈的海藻，邱建文教授解釋，我們常說的珊瑚白化就是氣候或者環境變化的情況下他們把體內的共生藻排出，露出底下白色的珊瑚骨骼，「如果白化情況持續一段時間，珊瑚會死掉」。海水溫度上升，海洋酸化，頻繁的風暴，潛水員不經意的一腳，船隻拋下的長錨，都會使珊瑚的生存變得困難。

珊瑚還是一些海洋生物的盤中餐，如若「食客」過多，也會為珊瑚生態帶來很大威脅。「香港的有一個珊瑚問題比較嚴重，就是有種長刺海膽對珊瑚的啃食。海膽我們都知道它是植食者，主要是吃海藻，大型海藻。在北方它主要是吃海帶，在南方有馬尾藻。香港的馬尾藻還挺多的，它可以長到地下到兩層樓（那麼高），很高。冬天的時候，這種海膽會吃這些植物，但是到夏天的時候，這些季節性植物都死掉了，它（海膽）就會沒太多東西可吃。如果海膽種群爆發的時候，很多海膽就會吃珊瑚。」

長刺海膽

棘冠海星（圖片來源：National Geography）

棘冠海星是常見的珊瑚捕食者，它被認為是澳洲大堡礁大面積損失的主要因素之一。珊瑚捕食者（或稱「珊瑚食肉動物」）是天然存在的事物，他們以珊瑚為食，獲取珊瑚的息肉、組織、粘液或上述各項的組合。此類捕食者通常包括棘皮動物、軟體動物和一些魚類，例如海星、海膽、蝸牛等。

說到此處的邱教授忙著找出圖片展示，強調道：「這些珊瑚是上百年的珊瑚，長得比較慢，有很多海膽的時候，它會把珊瑚全咬了。報紙有報道，當初說往灣洲這個地方，之前也還有海下灣，它們那些珊瑚都被咬爛了」。但是香港究竟有多少地方的珊瑚遭此「毒口」，破壞程度如何，當時都不知道。邱教授說，政府找到他希望合力解決這些問題。

於是他開始和學生以及漁護署的職員去做潛水調查，看哪些地方尚完好，哪些地方海膽多需要處理。再到後來，他們又做了個實驗，希望找到除了人手清除之外，其它可以清除這些海膽的辦法。「我們就試了好多種生物，後來發現有一種挺喜歡吃它（長刺海膽）的短漿蟹。」

他們在海下灣放了二十個大籠子做對照實驗，觀察前後變化，「有些光放海膽和珊瑚，有些是海膽、珊瑚和螃蟹一塊」，「發現有螃蟹的（籠子裡），螃蟹會把海膽吃掉；要麼就是螃蟹會爬到珊瑚上面，或是石頭上面，即使螃蟹不吃海膽，因為海膽會躲著螃蟹，所以它們對珊瑚的破壞也比較少。」

並且，這種短槳蟹本土就有。邱教授向我們分享，「我潛水技術一般般了，不是太好，我去抓都抓不到，我的學生們他們去抓都能抓得挺多的」。做這實驗又有一番艱辛，「他們（學生們）做實驗也是很難的，因為那個水比較渾，冬天的時候很冷，要潛水下去做實驗，工作量非常大，還是很辛苦的。」

實驗籠子

短槳蟹正在剪掉長刺海膽的刺

邱教授表示，這種短槳蟹「療法」挺有效的。在野外，他們把螃蟹和海膽放一起，只要一放進去，在一分鐘之內短槳蟹就會把長刺海膽的刺剪掉，吃它的刺，到最後把海膽的殼弄掉。另外，因本港就有短槳蟹，且其可食用，普通市民一般不清楚它對於保護珊瑚的重要性，會用蟹籠之類的抓螃蟹，邱教授建議在有珊瑚的地方需要限制捕撈行為。

海中的象牙塔

2013 年，中國第一艘自製載人潛水器「蛟龍號」在南海進行深海考察。作為首位乘坐「蛟龍號」下潛的香港科學家，邱教授的出行得到了許多關注。即使已過去十年，即使又有過大大小小數次經歷，邱教授仍覺得「蛟龍號」之行讓他印象最為深刻。「因為我以前沒有出過這麼遠的」，「那次一去去了四十多天，我印象很深，也覺得機會難得。」

邱教授乘坐「蛟龍號」

最開始，「蛟龍號」科考是想找兩名行走的海洋生物「百科全書」，「想找一個見到什麼東西都能認出來的人」。「實際上他們當時請的錢老師（香港科技大學錢培元教授），但是當時錢老師有一個其它項目，要去紅海那邊，他就說那我介紹一個人跟你們上去」。「有些很怪的東西，他們不知道的我基本上都能夠叫得上名字」的邱教授憑借自身的博聞多識得到了這個機會。

第一天下潛，就遇見了神奇的東西。邱教授笑著回憶：「一開始他們去的一個地方，第一天下去，就說在下面遇到了『象牙塔』」，「他們不知道是什麼東西」，「實際上淺海也沒有這種東西，我一看，就知道它是玻璃海綿。」

「確實很像（象牙塔）」，邱教授找出一張玻璃海綿的圖片，對比著描繪他們當時所見的生物形態：「它沒有這麼密，我們在南海看見的就那一個，它是倒過來的，上小下大，也沒有什麼生物，它也不會跑來跑去，所以他們就說是『象牙塔』。」

「象牙塔」也給邱教授帶來了意外之喜。「在學動物學的時候，我們學過有一個玻璃海綿叫『偕老同穴』。為什麼叫『偕老同穴』呢？因為每一株海綿裡面都藏著一對蝦，它們進去以後就不出來的，就在裡面繁殖、老死」。細小的浮遊生物會隨著海水流入海綿身上的小孔，為海綿和儷蝦帶來豐富的營養，儷蝦會為玻璃海綿做清潔，玻璃海綿也會給儷蝦提供保護。

邱教授說自己一開始還不相信，為了求證這件事，他就抓了個玻璃海綿上來，找了半天都只有一隻蝦，「我說不對，肯定還有另外一個，後來終於找到另一個」。邱教授解釋，儷蝦是白色，他們一開始抓上來的是母蝦，公蝦比母蝦小得多，「拿上來的時候我們把它（玻璃海綿）倒在桶裡面，用網兜在桶裡撈，水比較渾濁」，所以很容易就錯過了。經過一番鑒別，他們確認找到的這對儷蝦是新種。「根據主治航次的首席科學家的名字，周懷陽老師，我們給它起名叫周氏儷蝦。」

偕老同穴

偕老同穴，主要生存於深海 100~1000 米處。因為擁有二氧化矽質的骨針，許多偕老同穴屬的海綿也被稱作玻璃海綿或「維納斯的花籃」，它們身上的「孔」其實是頂骨間隙。

周氏儷蝦

 

深海世界

有賴於國家力量的支持與技術發展，深海是邱教授在探索的另一片天地。最近十年，圍繞著西北太平洋深海熱液與冷泉生態系統現狀及深海生物的環境適應和種群連通這一課題，他的實驗室有一半成員潛心於此。

邱教授從大背景講起，海底蘊含著大量能源與資源，「國家講開發新能源，可燃冰是其中一個選項，國家也很重視。但是在開發這些可燃冰的時候，有可能會對生態系統產生一些影響。在全世界來說，都會做一些環境評估，其中一個指標就是看看那個地方有沒有什麼特殊的生物。」包括了解生物整個群落的結構以及遺傳連通性等，「比如說我們南海這些（物）種，它是從哪來的？它跟西太平洋的其它冷泉或熱液區的那些物種有什麼遺傳的關係？有沒有什麼基因交流？」這些都是做保護區的科學依據。

海底冷泉。深海貽貝是冷泉區與熱液區的典型物種

深海熱液與冷泉是兩種極為特殊的環境。如深海熱液區，高壓、高溫，海水在此可被加熱到 350~400℃，且常伴有多種金屬和硫化物等有毒物質。但迄今為止，研究者在全球 600 多處熱液生態區內新發現（命名）的動物至少有 540 種。

「我們還看它（底棲生物）對特殊環境的適應。」邱教授詳細解釋，如在深海冷泉區這樣的極端環境中，沒有光合作用帶來的食物，上層的食物即使一直下沉，沉到 1000 多米基本也沒有了（下沉過程中分解），這些生物吃不到上面的東西，會去吃化能合成細菌。化能合成細菌又是利用冷泉流體中的甲烷與硫化氫，通過化能合成作用獲取營養的，可以說是化能驅動了整個生態系統，這種化能合成生態系統「基本上獨立於光能生態系統」。

深海冷泉與熱液區活動（圖片來源：見注 2*）

1983 年，美國科學家在墨西哥灣佛羅里達陡崖發現了冷泉。來自海底沉積界面之下的以水、碳氫化合物（天然氣和石油）、硫化氫、細粒沉積物為主要成分的流體以噴湧或滲漏方式從海底溢出，並產生系列的物理、化學及生物作用，這種作用及其產物稱為冷泉。

冷泉的溫度基本和海底一致，約為 2~4℃。其主要集中在斷層和裂隙較發育地區，周圍往往蘊含著豐富礦產資源，冷泉發育區的水合物埋藏淺且品質高。

冷泉生態系統中，甲烷氧化菌和硫酸鹽還原菌會參與到冷泉流體中的甲烷與硫酸根離子的缺氧甲烷氧化反應中，為化能自養生物提供碳源和能量，成為冷泉生態系統的初級生產者。在其基礎上又發育著多毛類動物、海星等一級消費者。二級消費者有魚類、螃蟹、冷水珊瑚等。

無腸深海管蟲是南海冷泉區的居民。它們能在黑暗、高壓且常含有高濃度有毒物質的環境中生存並迅速生長的功臣之一是共生菌，但這段關係如何成功建立一直是個謎。直到 2021 年，邱教授團隊聯合錢培元教授團隊對兩者的基因組進行測序組裝和分析，破解了其中的奧秘。

然而管蟲甚至是整個西伯加蟲科這一大家族都還藏著許多謎團 —— 它和蚯蚓之類的環節動物有什麼親屬關係？它與哪一個科的環節動物親屬關係最近？它什麼時候丟掉了嘴巴腸子這些器官？這些涉及到整個環節動物的分類系統，也是邱教授團隊近期的一大研究重心。邱教授指出，以前做分類多根據形態或者是一兩個基因，信息很少，和深海管蟲共生基因組研究一樣，他們希望從高品質的基因組數據看問題。他參加了一個測序 50 個環節動物基因組的項目，期望可以通過比較分析，瞭解這類動物的進化以及對極端環境適應的歷史。

南海海馬冷泉的兩種深海管蟲

深海管蟲屬西伯加蟲科。西伯加蟲科是環節動物門多毛綱下的一個科。該科物種棲息深度為 100~1000 米，多見於深海熱液口、冷泉、沉木、鯨尸等生境。它們是一類特殊的動物，特征是成蟲沒有嘴、腸道和肛門，體內含有共生菌為其提供營養。

 

 

注：

[1] 本文圖片除特殊標註外，均為受訪者提供。

[2] Levin LA, Baco AR, Bowden DA, Colaco A, Cordes EE, Cunha MR, Demopoulos AWJ, Gobin J, Grupe BM, Le J, Metaxas A, Netburn AN, Rouse GW, Thurber AR, Tunnicliffe V, Van Dover CL, Vanreusel A and Watling L. (2016). Hydrothermal Vents and Methane Seeps: Rethinking the Sphere of Influence. Front. Mar. Sci. 3:72. doi: 10.3389/fmars.2016.00072

[3] 資料參考：中國科學院深海科學與工程研究所，<深海秘境 —— 海底熱泉和冷泉>；任輝，<對深海的恐懼，可能來自這些…>，《博物》雜誌 2022 年 6 月刊；Reef Resilience Network

 

如欲知道更多教科相關消息，請留意京港 Facebook 專頁
https://www.facebook.com/BHKAEC