在龜山島上天天泡溫泉的「烏龜怪方蟹」

在龜山島上天天泡溫泉的「烏龜怪方蟹」
Photo Credit:科學人雜誌
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烏龜怪方蟹是少數生活在龜山島熱泉核心區的動物,牠們群聚在深度5~30公尺的龜首海域。科學家十分好奇,烏龜怪方蟹為何能生存在又酸又熱又毒的環境?牠們令人驚豔的生存模式於2000年首度發表。

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文:周佩璇、曾庸哲

每年夏天,是探訪烏龜怪方蟹的最佳時節。不過縱使夏天可以避開強烈的東北季風,一旦颱風來襲,早已安排好的探查行程也得延後。要順利前往龜山島完成採樣調查,得靠天時地利人和。研究烏龜怪方蟹的限制如此之多,為什麼科學家仍相繼投入呢?這一切要從烏龜怪方蟹的棲地說起。

烏龜怪方蟹居住在龜山島東側,也是俗稱的「龜首」海域。龜山島位於琉球火山島弧上,板塊活動頻繁,有十分特殊的海洋生態系──淺海熱泉系統。乘船來到龜首時,可以看到此處海水呈粉藍色,不時有氣泡從水底湧出,還帶著濃濃的臭雞蛋味。為什麼有這樣的景觀呢?潛入海中一探究竟,會發現此區有超過30個煙囪狀噴口,不斷冒出經地函加熱的海水,同時有許多氣泡從海底竄出。這些氣泡含有高濃度的二氧化碳,使海水又熱又酸;氣泡中還有硫化氫這種特殊氣體,是臭雞蛋味的源頭。

硫化氫會阻礙生物細胞內粒線體的電子傳遞鏈,影響細胞的呼吸代謝,因此高濃度硫化氫有致命毒性,導致大部份生物無法在熱泉區域生存。烏龜怪方蟹是少數生活在龜山島熱泉核心區的動物,牠們群聚在深度5~30公尺的龜首海域。科學家十分好奇,烏龜怪方蟹為何能生存在又酸又熱又毒的環境?牠們令人驚豔的生存模式於2000年首度發表。

海底氣泡中含有大量二氧化碳,使熱泉中央的酸鹼值低至1.52。相較於一般海水的酸鹼值(pH8.1),烏龜怪方蟹的棲地可說是極酸的環境。為了進一步了解烏龜怪方蟹如何克服這樣的環境,我們把牠們帶回實驗室,利用二氧化碳處理海水,使酸鹼值降至6.5,模擬原生環境。根據實驗結果推測,烏龜怪方蟹藉著鰓部表皮細胞的泵浦、碳酸酐酶和離子通道維持酸鹼恆定。

耐酸的烏龜怪方蟹也耐熱,不過近期研究指出:烏龜怪方蟹的消化道酵素在60℃以上就會逐漸失去活性,意味著怪方蟹只能忍受較高的水溫,而無法在沸騰的滾水中生存。龜山島熱泉噴口的核心溫度可達116℃,遠超過烏龜怪方蟹的耐受溫度,牠那威風凜凜的稱號「煮不死的螃蟹」,不過是偽科學謠言。生存在險惡的環境,烏龜怪方蟹不會泰然自若地居住在噴泉口,而是躲藏在噴泉周邊的岩縫中,一方面避開高溫泉水,另一方面避免暴露在高酸環境。即便如此,烏龜怪方蟹躲藏處的海水酸鹼值落在6.5~7.0,相對於一般海水仍偏酸,難怪牠們稱得上夾縫中求生存的佼佼者。

耐酸又耐熱的烏龜怪方蟹如何克服硫化氫毒性,是近年科學家亟欲探知的問題。為了得知烏龜怪方蟹在原生環境的生理狀況,潛水人員會把怪方蟹打撈上船,讓研究人員立即解剖採樣。研究人員必須在搖搖晃晃的船上,保持清醒、睜大雙眼、穩住雙手,取下烏龜怪方蟹的器官。有些組織大小甚至與指甲屑差不多,十分挑戰研究人員的眼力。除此之外,進行實地採樣調查還得經歷暈船的恐怖歷程。

船隻暫停在海面往往比行進中更加搖晃,如果風浪較大,簡直像是搭上遊樂園不規則運行的「海盜船」。每次採樣,總有研究人員在持續搖晃的船身中聞到臭雞蛋味時立即四肢癱軟無力;有些研究人員則是邊吐邊採樣,在船邊吐完再回到崗位繼續奮鬥。烏龜怪方蟹的研究真是考驗研究人員的生理極限。

怪方蟹真是名副其實的「怪」,由於牠們許多特徵與其他方蟹科動物有極大的差異,在2007年從方蟹科(Grapsidae)中獨立,自成為「怪方蟹科」,科內僅有怪方蟹一屬。

目前怪方蟹科只有3個種:烏龜怪方蟹X. testudinatus除了在台灣龜山島,在日本鹿兒島南方海域也有族群分佈;另外2個種則是X. novaeinsularis及X. ngatama。X. novaeinsularis分佈範圍從日本小笠原群島延伸至馬里亞納海溝,X. ngatama則生存在紐西蘭東側海域,這些地方的共同特徵是位於板塊交界處、具有熱泉的海域。令人好奇的是,在廣袤的海洋裡,怪方蟹棲地為什麼只限於嚴苛的環境?牠們身上有太多謎團,等待科學家去發掘。

烏龜怪方蟹小檔案:

  • 學名Xenograpsus testudinatus。
  • 在龜山島發現,且圓弧形背甲似烏龜殼,因而得名。
  • 生活環境充滿硫化物,又名硫磺怪方蟹。
  • 成蟹背甲寬度約3公分,鉗腳已扁平化,高度群居,較不具領域性。
  • 分佈在台灣龜山島和日本鹿兒島南方海域。

本文獲《科學人雜誌》、《科學人粉絲團》授權刊登,原文刊載於此

責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航

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