分享本文至 E-mail 信箱

學術引用格式

MLA (點一下全選)

APA (點一下全選)

EndNote(.enw)

石鱉說:「那天你走在潮間帶,我一直偷偷地注視著你」

大夥兒看到這張圖會想到甚麼呢?如果你有那麼一點密集恐懼症,你可能正要關掉這個分頁(先等等呀~)如果你是一位火影忍者的熱血讀者,你一定會想到志村團藏右手那一排有點噁心的血輪眼銀行,用來發動無數次的伊邪那歧。如果你是一位軟體動物愛好者、或是一位盯著電腦的科宅,你應該會和我一樣想到「石鱉」,一種跟烏龜一點關係都沒有的動物XD。這一兩天石鱉出現在各大外電報導上,科學家揭露牠們的殼上長滿了一顆顆的眼睛(好可愛!)。

giphy

Source: Giphy

石鱉(chiton)這種多數住在潮間帶的不起眼生物,乍看之下就是某個身上長殼、分成八塊的扁石子,你可能會以為牠是某種甲殼綱一節一節的有殼動物,但其實牠們來自於軟體動物門的多板綱(Polyplacophora),也就是說最外層的背殼是由外套膜(mantle)特化而來,就像蝸牛的殼一 樣。那牠們和志村團藏有甚麼關係呢?一樣長得醜?

原來石鱉的背殼上有著無數個微小的開口,剖開一看,你會發現裡頭有著相當複雜的通道網路,並且作為感官系統的一部分。這些散布在背殼上的通道有個專有的名字,稱作微眼(aesthetes)。微眼的功能有很多,其中最主要的功能恰如其名,它們能吸收光線、反應外界光線強弱的刺激。部分石鱉物種,這些微眼的構造特別高端,表面還具有似水晶體(lens)的聚光性晶體結構。如此一來,牠們似乎已然具備了眼睛該有的功能(吸光、感光、聚光…等等)。

本篇研究的實驗對象,西印度石鱉(Acanthopleura granulata)。紅色箭頭指的就是具有眼睛構造的背殼區域。Photo from Li et al. 2015

三天前(11/20)刊登在《Science》的研究解答了西印度石鱉(Acanthopleura granulata)的水晶體眼睛究竟能不能成像?牠們又如何在「以眼視物」和「以殼禦敵」之間拿捏取捨呢?近年來,科學家發現不少自然界生物的外型構造有多重功能,像是陽隧足的骨骼可以感光、海綿的骨針具人造光纖特質、帽貝的殼具晶體結構色等。於是,這類生物在裝備的物質層級上得有一些權衡之策,調整同個構造、不同功能的能量投資(阿就是「有一好就沒兩好」啦!)石鱉似乎在這方面表現的不錯,很有效地一殼二用,是能量投資的高手來著,牠是怎麼辦到的?

首先,不同於大部分動物的水晶體由蛋白質所組成,石鱉的水晶體是霰石(Aragonite,一種碳酸鈣的多型體)特殊構型的結晶。霰石從哪來?其實牠們背殼上的堅硬構造就由霰石組成,所以信手拈來來做眼睛再合適不過了(陽隧腕足上骨板的水晶體結構也是如此,只是牠們是另一種晶格排列的碳酸鈣–方解石組成)。再來,更厲害的是,這篇研究發現石鱉好似學過幾何學和結晶學一樣,能將特定位置的霰石結晶變得硬梆梆成為名副其實的鎧甲,另外幾些位置的霰石結晶能夠變成水晶體,藉此看到周遭。

B圖是光學顯微鏡放大圖,C圖是掃描式電子顯微鏡圖。Photo from Li et al. 2015_Fig. 1

上面這張圖就是這種石鱉背殼上會有個三種突起的構造,體積最大、突起最高的是沒有感光性的堅硬鎧甲部分(圖中Non-sensory solid protrusions)、左圖黑色的部分是具水晶體的突起,作為眼睛使用(圖中Eyes)、比較小顆的突起其上有小孔(右圖)稱作巨微眼(Megalaesthetes)。後兩者都具有感光的功能,唯一的差別在前者有水晶體(非所有石鱉都有),後者沒有水晶體但可吸收光線(所有石鱉都有)。文獻中有提到這兩種用來偵測外界的突起,都座落在如群山般堅硬鎧甲突起的山谷中,藉此保護這樣精細、脆弱的感官。接著,研究人員比較了「鎧甲用」和「水晶體用」的晶體排列,發現前者的晶體較小、排列較不規則,方向也不一;後者則是晶體較大、排成一列、方向一致,能夠讓更多的光通過,並有效減少光線散射回去的比例,完全就是當眼睛的料。

最後,作者們模擬並量測石鱉單一水晶體的成像力和單一眼睛的解像力後,發現牠們的視力可不差呢!一條20公分的魚(可能是掠食者的體型)石鱉最遠就能在2公尺外就能發現,清楚嗎?來看一下這張圖吧!左邊是掠食者的圖像,中間則是在水裡頭透過石鱉的水晶體得到的成像,最後一顆眼睛能「看到」的樣子如右圖,受限於光受體的間隔,讓解析度下降了些。但對這群渾身長眼的石鱉來說,有了這項能守能偵察的背殼,絕對比起那些沒有水晶體的石鱉們更有機會躲避掠食者,繼續活躍在潮汐更迭的海海人生之中!

來看看石鱉眼中的魚吧。Photo from Li et al. 2015 _Fig. 3

參考資訊:

關於作者

文宣

PanSci 菜鳥新血|就讀台灣師範大學生科系生態演化組,從小便以成為動物學家為志向,特愛鱷魚,因此踏入兩爬研究領域。熱愛保育相關議題,常為野生動物打抱不平,希冀保育的觀念能向下紮根、深植人心。平常喜愛浸溺於臉書專頁間,搜索最酷炫的生態演化新知,又很雞婆想與全世界分享,常常開心寫科普文到廢寢忘食。 座右銘:「大自然可以滿足我們的需求,卻無法滿足我們的貪婪」