在永恒的黑暗中,北极磷虾在暮光和北极光下迁徙

极地磷虾的眼睛对日常的光照周期非常敏感。
A translucent krill with red spots on its belly.
北极磷虾甚至能在冰层下探测到极夜中微小的光线变化。Geir Johnsen, CC-BY 4.0

北极点下的海洋是一个非常黑暗的地方,尤其是在严冬时节。极夜,太阳永不升起,持续数月。白天会被短暂的午间暮光打断,此时太阳刚好在地平线下。那微弱的紫色光线会先被海冰过滤,然后再被海水本身过滤。

但在冰层下方,北极磷虾整整一个冬天都能保持昼夜节律。磷虾是虾状动物,是许多水下生态系统的基础,它们以浮游生物和其他植物为食,并被鲸鱼和鱼类大量捕食。与许多深海无脊椎动物一样,它们会进行日常迁徙,白天在 1600 英尺(约合一座世贸中心一号楼的高度)深处度过,晚上则靠近水面。即使是在寒冷的极地水域中的磷虾也是如此。

根据今天发表在《PLOS》杂志上的研究结果,为了在漫长的黑暗中设定它们的昼夜节律,极地磷虾进化出了对日常光照周期超敏感的眼睛。

从北极圈内斯瓦尔巴群岛海岸捕获的磷虾样本显示,其光线敏感度大约以 21 小时的周期发生变化。研究人员通过在实验室中用微弱的光线照射它们的眼睛来测量这种变化。在“主观夜晚”(太阳离地平线最远的时候)——此时磷虾会靠近水面——它们的眼睛最敏感。

“在极夜期间,对昼夜的传统定义……变得无关紧要,”作者写道。但研究人员认为,每天中午仍有足够的光线穿透水面,磷虾可以利用它来维持其内部时钟的运转。

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除了太阳,还有自然的时钟。月亮和北极光都会发光,这可能会向磷虾传递时间的流逝信号。

但磷虾究竟为何想在 24 小时周期明显无关紧要时仍保持每日节律,这一点仍然是个谜。一项针对驯鹿的先前研究发现,这些动物在漫长的极夜月份里实际上关闭了它们的昼夜节律时钟。

研究人员认为,这可能与与磷虾共同生活在暮光中的其他生物有关。也许它们在追逐某种发光猎物,或者在躲避捕食者。而适应不断变化的水体环境的眼睛可能是一种优势。正如研究人员指出的那样,磷虾会利用自身发光来伪装——当有光线从上方滤入时,它们会点亮腹部以融入其中。“这会投下阴影,”作者写道,“从视觉上掩盖它们免受下方捕食者的攻击。”

 

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Philip Kiefer

特约撰稿人

Philip Kiefer是《Popular Science》的特约撰稿人。他于2021年开始作为自由撰稿人加入科学部门,同年晚些时候正式成为团队一员。他曾报道过COVID变种的演变、食腐蜜蜂以及史前藻类爆发。


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