“潜水者发现神秘发光巨蛤，听说有拯救地球的潜力?”

本篇文章8310字，读完约21分钟

展出品|本科学生栏目组翟中超

微信|本科生微信公众号( id:wykxr163 )

注:发光的蛤(图/克洛伊布销)

蝴蝶华丽的翅膀，孔雀多彩的屏幕可以吸引配偶，迷惑捕食者。 那浅濑岩礁上金缕梅闪耀的光有什么用呢？

科学家发现，文蛤外套膜内部有藻类组成的柱状物，彩虹色细胞在各个柱状物上构成了聚集阳光的盖子。 彩虹色细胞不仅可以将太阳光导入可以光合作用的藻类使其散射，还可以通过将蓝色和红色以外的光波反射到水中，让藻类受到光照，从而使藻类保持贝类的脂肪，防止在热带的阳光下干燥。 这不仅可以引导生物能源的发展前景，还可以在此基础上开发散热技术。 但是，气候变暖、海水酸化、游客潜水、非法捕鱼威胁着文蛤的生存。 另外，由此开发的应用程序将带来长期的收益率，但是没有人愿意在这种标价差的应用程序上进行短期投资。

实地探索

西太平洋帕劳群岛恩格米德湾( ngermid bay )附近的岩岛形状各异，像树木的树枝，艾莉森·斯威尼( alison sweeney )在这片水域潜水，她在陡峭的珊瑚礁上徘徊。 这片珊瑚礁横断面50米，正在拍摄她看到的所有蛤蜊。 帕劳群岛的长期潜水会使皮肤起皱。 这和在世界其他地方潜水的结果一样。

但是对sweeney来说，注意贝壳拍摄比较容易。 斯威尼是宾夕法尼亚大学的生物物理学家。 这个贝壳挤出来的身体就像电影《功夫》中周星驰被毒蛇咬后的嘴唇，但是那些软件呈螺旋状或波状，而且这些软件可以发出蓝色、紫色、绿色、金色、茶色的光。 这蛤中最大的是宽0.3米，但大部分是宽10几厘米的红色碎石矶，红色碎石矶住在礁石更高的地方。 从恩格米德湾的珊瑚和礁石的各个方向来看，都发现了这些贝发出的五色光。

小熊维尼在帕劳国际珊瑚礁中心的实验室呆了很久之后，决定和团队的其他三位科学家一起去蛤蜊的栖息地，也就是距离海岸约1.6公里的礁石水域游泳。 他们一起游到那个蘑菇形的岛上时，一抬头就看到了挂在树上睡觉的水果蝙蝠。 水域里有很多珊瑚。 受恩格米德湾自然高温和酸度的影响，这里的珊瑚被漂白了。 恩格米德湾又称妮可湾( nikko bay )，但当地领导人和政府喜欢将其称为恩格米德湾。 因为这是当地土著的称呼。

即使是生活在漂白珊瑚中的蛤蜊，也能展现出跃动的颜色。 斯内普拿着照相机接近了文蛤。 当有什么东西靠近时，贝壳会感觉到软体缩入波状的壳内。 这些贝壳就像童话生物一样，不由自主地用自己闪烁的光芒吸引着人们的观察。

注:生活在澳大利亚大堡礁海域的文蛤，外套膜仍在发光。 (图/wiki共享资源)

正是这道光引起了对文蛤的关注。 帕劳是一个位于菲律宾和关岛之间由300多个岛屿组成的共和国。 这片水域光线充足，是世界上7种文蛤种类的家园，其中有历史闻名、体重达250公斤、宽达1.2米的文蛤(也称为大碎矶，是双壳贝类中个人最大的贝类)，也有壳沟美丽的鳞屑矶。 斯内普2009年第一次去帕劳群岛是为了研究动物色彩学，当时是加州大学圣巴巴拉分校的博士后研究员。 蓝蝶翅膀反射的光，以及枪乌贼皮肤反射的光，都代表着动物们吸引配偶和迷惑捕食者的视觉信号。 蛤蜊发出的光不是这样的视觉信号。 那么，这些光代表什么呢？

从那时起，斯威尼和他的同事就发现了蛤蜊发出的光本质上是阳光变化的外光。 发光蛤经过百万年的优化，具有转化为日光和生物燃料的能力。 蛤蜊能长成这么大的体型，多亏了特殊的能力。 因为可以用自己的身体培养进行光合作用的藻类，这些藻类可以为自己使用。 斯内普和其他科学家认为，在全球变暖的背景下，蛤蜊进化出的这种能力，可能会激发人类开发取代燃料技术和其他工业处理程序的灵感。

记者辛西娅·伯内特( cynthia barnett )漂流到恩格尔米德湾水面，等待斯内尔的回归。 帕劳群岛强烈的夕阳降落在这座古老的岩岛上，果蝠开始苏醒，展翅开启夜生活。 夜幕临近，伯内特也开始游向海岸。

斯内普是最后回来的。 她想解开这些软体动物的发光秘密，所以离开斯内普的时候很舍不得。

在帕劳文化中制造世纪巨贝

注:是贝建筑。 (图/伯纳德)

帕劳专门用于男子集会的地方叫做拜，这个房间是用木头做的，长满茅草，木制屋顶的横梁上涂有鲜艳的颜色，上面画有海域的蝙蝠和蛤蜊的画像。 但是，现存的只有一个bai，这个bai位于帕劳群岛最大的岛屿babeldaob的埃拉省( airai )。 每个建筑物尽头的过道都有水果蝙蝠的画像。 这是警告人们要保持尊重，即使是最重要的领导人也应该遵守。 因为在帕劳文化中，果蝠是谦虚的象征。 水果蝙蝠图像的下部有黑白条纹，印着程序化的文蛤图像。 埃拉州历史和文化保护办公室的艾尔莎·休格( elsa sugar )说:“在帕劳的传说中，蛤蜊表示力量和重复。” 艾尔莎·休格还带着伯内特参观自己出生的村庄巨蛤文化。

帕劳群岛人民居住的历史至少可以追溯到3400年前，从一开始，文蛤就是当地人的主要食物来源，人们甚至把文蛤供奉给众神。 岛上现存的多种最古老的工具，是用锐利的斧头、跳蚤、坚硬的图章等厚厚的蛤蜊壳制作的。 在帕劳一点最古老的贝壳中，巨大蛤蜊壳所占比例超过四分之三，但在未来几个世纪，巨大蛤蜊壳所占比例将下降。 考古学家认为，岛上早期居民最初滥捕蛤蜊，注意到减少，停止了捕鱼。 帕劳也有环境保护规定。 例如，禁止重要产卵期间捕鱼，或在一个物种出现过度捕捞的征兆后发生变化。

18世纪，基督教开始成为帕劳的主要宗教。 在此之前，帕劳文化创造世纪的传说中，当时的大海还没有水，在那里，蛤蜊呼唤着生命的到来。 这只贝越来越大了，然后生下了latmikaik。 latmikaik是人类的母亲。 latmikaik在暴风雨和洋流的帮助下生下了人类。

latmikaik唤起了幼虫期的文蛤，在文蛤们生命的两周前在洋流中漂浮。 定居之前，漂浮的蛤蜊必须找到光合藻类并摄食。 这种光合藻类随后可以自我复制，形成越来越多的藻类。 幼虫期的蛤蜊吃很多藻类后会长出坚硬的外壳露出脚，蛤蜊则用脚游过大海，寻找阳光充足的地方定居下来。 因为光能促进光合藻类的生长。 在浅滩和暗礁选择光线好的栖息地时，藻类大量繁殖，蛤蜊与藻类共生。

这种被称为黄藻的藻类可以保持蛤蜊生存所需的脂肪，同时获得自己神生存所需的糖类。 作为交换，寄主贝可以为藻类提供安全的居住场所和每天充足的光线，而且贝可以准确控制光的量。 这些相互交织的生命周期让人联想到科学问题。 例如，文蛤为什么在自己还没太热的时候就聚集了这么强的赤道光呢？ 文蛤如何将光均匀地分配给成千万的藻类？ 最紧迫的问题可能是，在变暖、氧化的海水中，蛤蜊为什么保持着这么强的生存力？

恩格米格湾的水像浴缸里的水一样温暖，伯内特和斯内普两位博士后研究员阿曼达·霍尔特( amanda holt )和蔡静( jing cai的音译)一起游泳寻找蛤蜊。 过去蛤蜊是这里最常见的野生动物，现在很少见了。

注:在帕劳群岛海域，斯维尼注意着蛤蜊。 (图/辛西娅·伯内特)

帕劳群岛的居民和其他许多太平洋岛屿的人们可以以蛤蜊为主食，生吃柠檬，加椰子肉慢慢煮汤，烤成薄饼，切成薄片做成腌制食品。 蛤蜊壳像象牙，变成奢侈品。 蛤蜊的内收肌变成高端生海鲜片，也有人把它做成烈性药。 世界上最严格的海洋保护法和蛤蜊的人工养殖在一定程度上保护了野生的蛤蜊。 帕劳海洋文化示范中心每年为了向当地渔民提供而养殖千万蛤蜊，渔夫通过向餐厅和水族馆销售，减轻野生蛤蜊的生存压力。 但是，其他海洋岛国滥捕野生蛤蜊，捕获完自己海域后，开始出帕劳群岛海域的主意。 因此，帕劳共和国近60万平方公里的海域成为更多非法外国渔民的目标。

伯内特和研究小组的两名成员下午只发现了一只蛤蜊。 但是，比较小型的番红碎矶很常见。 记者在珊瑚石中发现了20只红色碎矶。 红色的软体表皮被称为外套膜，可以发出跳动的光。 黑色天鹅绒般的贝壳呈深蓝色斑点。 暗宝石绿色的蛤呈现出被黑斑包围的明亮碧绿的发光带。 旁边有蜥蜴皮一样的黄绿色蛤蜊。 这些蛤就像被路过的美人鱼从头发上摘下的活橡胶。

这些多彩的颜色掩盖了恩格尔米德湾氧化和变暖的事实。 像珊瑚一样，蛤蜊和黄藻也有密切的关系，也受到海水升温漂白的影响。 在这种压力下，贝壳排出藻类，藻类带回贝壳的颜色，最终杀死贝壳。 但是，尽管恩格米德湾的野生蛤依然旺盛，但世界海洋状况正如预测发生着变化。

在繁忙的科罗尔岛帕劳国际珊瑚中心，中心首席执行长伊曼·戈尔布( yimnang golbuu )解释说，海水对恩格尔米德湾的侵蚀影响很小，与外部生态系统隔绝。 因为这个贝壳没有受到影响。 这些特征将文蛤幼虫限制在海湾附近，以适应恶劣的环境。 高尔夫说:“很明显，大自然为我们提供了不同的韧性。” “我们需要了解自然，倾听自然，从它们的差异中学习。 ”

倾听自然是将生物学和材料科学联系起来的关键。 斯威尼是伊利诺伊州人，在大学主修生物，但也上其他课。 斯内普在大学上第一堂物理课时，发现在对进化生物学有很多疑问的情况下，通过物理结构研究生命会带来秩序感。 20年后，斯皮尔巴尼成为宾夕法尼亚大学物理天文学系第一个受雇的生物学家。 她仍然对生物体的效率感兴趣。 例如，乌贼眼睛的镜片灵敏度，以及现在说的蛤蜊将阳光转换成能量的能力等。

从某种意义上说，实验室对文蛤的研究与帕劳文化传说中文蛤的特质相似。 生态系统的优势会让土木工程师联想到更有特色的设计，但材料科学家也一样，通过注意生物，不仅可以获得灵感，还可以创造未来的实际蓝图。

斯内普说:“生物的进化比人类工程师聪明得多。”

蛤蜊体内的精密结构

在距离约1.5万公里的地球另一边，伯奈特1月参观了文蛤研究中心，那天在下雪。 费城是斯内普实验室所在地，自然科学研究院是北美最古老的软件动物聚集地。 该研究院成立于1812年，现在是德雷克塞尔大学的一部分，拥有维多利亚时代的收藏和现在的技术。 科学院顶层有1000多万份样品，既有完美的巨大蛤蜊壳，也有极其微小但不足1毫米的海螺螺旋，这些样品被放在1.35万个铝制抽屉里。

要了解人体，不仅要了解人的肉体，还需要了解人的历史。 同样，我们想知道不仅是动物肉质的身体，其壳也必须研究的软体动物。 德雷克塞尔大学的生物地球化学家米歇尔·加嫩( michelle gannon )可以从壳中读出帕劳贝的生命故事。

注:蛤蜊壳空壳。 (图/wiki共享资源)

研究院的地下室里有很多臭哺乳动物的标本和切下来的动物角。 加努指着斯内普团队收集的鲜红的碎矶外壳。 这个壳被机器打开，截面羽毛灰色的年轮像树的年轮一样显示了贝壳的年龄。 加努利用扫描电镜可以更加注意这些年轮，她可以从这些几微米宽的晶体中读取贝壳日循环的历史。 在研究院的稳定同位素实验室，加努校正器将晶体制成粉末称重。 贝壳是由碳酸钙构成的。 钙原子、碳原子、氧原子三者组成的caco3。 蛤根据水温、蒸发率和其他条件，可以在壳中制造不同数量的氧16和氧18的同位素。 嘎纳通过测量不同同位素的相对质量，可以描绘出蛤蜊所处环境的日变化。

如果加努合并这些生物文件，就可以了解蛤蜊生活环境的详细历史，还可以得到每天受到的太阳光照射量。 加努发现，在阳光最充足的日子里，贝壳的生长速度比阴天要快。

第二天，伯内特、斯内普、斯内普和斯内普在宾夕法尼亚大学的合作者杨舒( shu yang的音译)见面。 杨舒是材料科学与工程的教授，她还在大学里关于物质结构的研究实验室工作。 大厅里有巨大的特写照片，照着发出热带蓝光的象征性蛤蜊。

杨舒的职业生涯起源于朗报科技贝尔实验室，她当时正在研究光在电信中的应用。 杨舒在过去的14年里一直呆在宾夕法尼亚大学，在这里她和她的实验室的20多位研究者正在制作基于自然形态的材料。 他们模仿荷叶的自净能力、壁虎的脚和牛蒡的种子附着能力、不同颜色的蝴蝶翅膀和甲虫壳的疏水能力。 现在，他们正在模拟文蛤的光合效率能力。

研究从金缕梅发光的光开始。 这种色彩和色素还不一样，文蛤外套膜的光、孔雀羽毛的颜色、或蝴蝶羽毛的颜色是物理效果。 当这些生物体表层内纳米级的晶格和光相互作用时，就会出现这些颜色。 科学家把这些晶格称为光子晶体。 杨舒这样的材料学家强烈希望制造这样的晶体，并将其应用于现实中。 例如，更高速的光纤，更高效的太阳能电池。

蝴蝶翅膀上闪耀的格子和孔雀羽毛似乎进化成了吸引异性。 但是，蛤蜊的发光细胞，也就是彩虹色的细胞吸收太阳光。 当然，浪漫地说，可以理解为蛤蜊在向太阳求爱。 研究发现，斯内普外套膜内部有藻类组成的柱状物，各个柱状物上彩虹色细胞构成了聚集阳光的罩子。 彩虹色的细胞可以通过导入集中的光，使其光散射，从而使藻类进行光合作用。 彩虹色的细胞将蓝色和红色的光波导入柱状物，使剩下的光波反射到水中，所以贝壳可以一边防止被热带的阳光暴晒一边给藻类补充燃料。 “我被深深地吸引了。 这是蛤的自行组装，而且价格还很低。 ”杨舒说。

杨舒花了几年的时间，用昂贵的金属材料制造了光子晶体。 与斯内普合作，作为美国国家科学基金会特殊跨学科资金的一部分，杨舒和她的团队发现，嵌入凝胶中的二氧化硅纳米粒子可以模仿发出岩浆的彩虹色细胞的光散射特征！ 最重要的是，他们不用花多少钱就能做到这一点！

加州大学圣地亚哥分校加州藻类生物技术中心主任斯蒂芬·梅菲尔德( stephen mayfield )表示，提高藻类生物燃料性能的价格很高。 梅菲尔德说:“说明了我们可以种植高产藻类，也可以转化为燃料。” “我们没有做出这样的变化，是因为我们的社会不想在这种能带来长期收益率的技术上进行短期投资。 ”。 当今社会，为了维持化石燃料的廉价，发放了相关补助金，呈现出新能源快速发展的大环境。

英国建筑师迈克尔·波林因可以将生物设计引入建筑物和工业现场而闻名。 迈克尔·波林说，在全世界，挑战都很相似。 投资者被前期的价格压倒，即使被开发也看不到价格基准，低碳能源造福全世界，也没有财务激励。

斯内普和杨舒相信，蛤蜊灵感设计的生物反应器比现有的生物燃料生产方法更高效、更便宜。 目前，能否建设这个新的生物反应器是个问题，但现在，由于投资问题，杨舒和团队先处理藻类问题。 虽然迄今为止成功模拟了蛤蜊的彩虹色细胞散射特征，但在实验室中未能诱导藻细胞显示蛤蜊在体内的特征。 不管是杨舒还是其他人，都不知道做这个需要多长时间。

降温的秘密

回到恩格米德湾的水中，斯内普的博士生林肯·雷姆( lincoln rehm )的手臂上画着文蛤的图像，这个纹身很像帕劳当地bai房间的文蛤纹身。 雷姆在德克萨斯州的帕劳家庭长大，他小时候休假去帕劳群岛，到了帕劳后经常和自己的家人一起去收集蛤蜊。 雷姆和家人自带酱油和柠檬，在礁石上吃蛤蜊野餐。 雷姆认为童年的经历影响了自己未来的选择，在获得生物学学位后搬到帕劳，在当地的珊瑚礁中心工作。 因此，雷姆对斯内普的光学特征研究产生了极大的兴趣。 年，雷姆回到美国，开始在德雷克塞尔大学获得博士学位。 他参加的博士项目的部分资金由斯内普和杨舒国家科学基金会赞助。

霍尔特和蔡静在前面游泳寻找贝壳，雷姆潜入水中，放下了斯内普讲解的照相机。 雷姆在贝壳旁边放了一个调色板，方便以后在电脑上记录贝壳的颜色。 在过去的三年里，雷姆建立了一个包含800多张贝壳照片的数据库。 holt和cai编写了根据文蛤颜色对文蛤进行分组的代码。 蔡静是机器学习专家，他设计的算法可以分解照片中的所有像素，所以研究小组可以看到藻类和贝细胞色度亮度的新闻，可以看到贝发光的彩虹色细胞。

注:帕劳群岛海域的蛤蜊。 (图/辛西娅·伯内特)

回到珊瑚礁中心的实验室，斯内普、雷姆、霍尔特、蔡静正在完成一系列关于活贝组织的实验。 他们测量了光和热是如何远离藻类和贝的细胞的。 雷姆从垒球大小的番红碎矶上切下了小片的肉，这个实验用的贝是从实验室后面的水湾收集的。 雷姆将切下的样品放入水中，再放置在强光下，在水中插入数字温度计，记录了30分钟的水和样品组织的温度。

在事业台的另一边，紫罗兰用浸入式搅拌机迅速搅拌刚才从蛤中提取的藻类。 搅拌后产生的泡沫看起来像椰子汁的冰沙，听起来像贝汁，而且其密度也和贝外套膜内藻类的密度一样。

科学家还从蛤蜊身上切肉，霍尔特用分光计将这个样品的肌肉、彩虹色细胞和藻类暴露在不同种类的光线下，跟踪哪些种类的细胞能透过多少光进行吸收。

科学家在帕劳的三周每晚都重复这些实验。 从这些蛤蜊组织和蛤蜊中分离出的藻类实验为双壳贝生物反应器的事业原理提供了新的线索。 实验结果表明，彩虹色细胞不仅能将光吸引到文蛤体内，使最有用的波长散射到文蛤体内的藻类上，还能聚集光合作用产生的过剩热量，利用光将这些热量散发到文蛤体内。 光合作用可以使蛤蜊的体温比周围海水的水温高几度。 科学家们还检测到，过剩的热量通过红外光透过彩虹细胞，离开藻类后离开贝壳，排出了过剩的热量。

对蛤蜊来说，这种散热能力可能是拥有灵活生存力的关键。 这样可以在恩格尔米德湾这样的环境中生存。 对人类来说，这可能为新的散热技术指明了方向。 将来，也许可以用完全不消耗这种化石燃料的方法来排放发电站、办公楼和汽车内部的热量。

雷姆的电脑画面有放大的图像，图像中有用显微镜放大的彩虹色细胞，这张照片让人联想到夜晚空的银河。 这张照片似乎提醒了人类，海底是一个尚未探索的世界，那里可能蕴藏着人类赖以生存的处理方案。

如何处理游客的破坏和非法捕捞

离开帕劳之前，记者再次看到了文蛤和果蝠。 两种动物在当地餐厅都是“美味佳肴”。 果蝠汤是当地最受欢迎的汤之一，是将整个果蝠煮熟后盛在碗里的汤。 记者在潜水艇上，美国人喜欢在餐厅点水果蝙蝠汤，他们不喝，但会和汤自拍，把照片发给社会交流媒体。

对帕劳人来说，他们几千年来一直在吃这种动物。 但是，伯内特不点蛤蜊汤和蛤蜊海鲜。 来帕劳的游客、非法捕鱼的渔民、变暖的天气、氧化的海水威胁着蛤蜊的生存。

帕劳有2万人口，面积也是世界第13小的国家，但每年来这里的游客达到16万人，而且这些游客几乎都会下水。 旅游业占帕劳国内生产总值的一半以上，但千万游客威胁着这里的生态。 但是，有比这个威胁更严重的东西。 那是超级巡逻渔船和小船的非法捕鱼者，他们偷偷来到帕劳海域，滥捕蛤蜊、金枪鱼、鲨鱼和其他海洋生物。 因为贪婪的世界海鲜市场正在等待这些“美味的食物”。

帕劳在继承旧保护之前传过来，他们在反击。 年，帕劳总统汤米( tommy remengesau jr )签署了《帕劳国家海洋保护区法》，禁止帕劳80%的专属经济区内捕鱼，并在当地渔民剩下的20%的经济区内建立了国内渔业区。 年，帕劳从日本得到660万美元的补助，这笔钱将用于帕劳海洋生物养殖示范中心的重大改造。 目前，示威中心正在建设中，地址在马拉卡尔岛南部的海滨区。 新设施将加强水产养殖研究，使蛤蜊产量增加5倍，每年100万苗以上。

去年，帕劳修改了出入境政策，要求所有游客签署承诺，以对生态负责的方式行动。 入境业者在护照上盖章，亲眼看到入境者的签名。 约定的副本如下。

帕劳的孩子们，作为你们的客人，我会遵守这些承诺。 我会守护着你们美丽独特的岛屿家园。 我发誓要慎重行动，温柔谨慎地探索。 我不拿不属于我的东西。 我什么都不会伤害我的东西。 我留下的只是今后被海水冲洗的足迹。

这个感人的承诺副本获得了“心灵与公共关系奖”。 作为集体“我们”的所作所为仍然是帕劳面临的挑战。 碳排放量的增加以及随之而来的全球变暖和海平面上升，更多的极端天气在等待着我们的解决。

帕劳自然资源、环境和旅游部部长森贝布( f. umiich sengebau )在科罗尔岛长大。 这个岛上充满了关于蛤蜊的箴言、智慧和传说。 森贝布对伯内特说了话。 这话是伯内特以前从埃拉省的老人那里听说的。 故事很简单。 过去，蛤蜊被认为是“暴风雨中的食物”。 暴风雨太大不能出去捕鱼，渔夫就容易收集蛤蜊了。

帕劳面临着气候变化的风暴。 森布看到蛤蜊成了另一个风暴天气的食物，将其视为蛋白质的安全来源、渔民的谋生之道和游客的纪念照。 在科学家眼中，蛤蜊是替代能源和其他低碳技术的灵感来源。 森贝布对记者说:“过去，贝救了我们。” “我认为蛤蜊有很大的力量。 以前是作为食物的力量，现在是作为科学的灵感。 ”

蛤蜊闪耀的光可能传达了一点重要的信号。 需要我们解开的秘密。

来源：安莎通讯社