本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，僅反映作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
玻璃海綿正以驚人的速度佔領南極海洋一塊新近被陽光照射的海域，這讓生物學家感到驚訝，他們此前並不知道玻璃海綿有如此強的生長能力。事實證明，玻璃海綿體內蘊藏的能力也相當驚人。
正如上個月廣泛報道的那樣，故事是這樣的：儘管超過30%的南極大陸架常年被漂浮的冰架覆蓋，但冰架正在消融。位於西南極半島的拉森A冰架於1995年崩塌，拉森B冰架於2002年崩塌，這很可能是氣候變化造成的。
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在冰架崩塌之前，生活在冰層下的生物必須從遠處漂來的食物中獲取營養，因為地表水域從未被照亮過。在那段時間裡，海底的主要大型物種是柄海鞘或被囊動物——一種與脊椎動物關係密切的生物（成體安靜地過濾海水，但幼蟲可以遊動，並具有類似脊椎的脊索，這讓它們看起來非常像蝌蚪）。
然後，冰層崩裂了。一輛探測車在拉森B冰架崩塌五年後的2007年訪問了該區域。它又在2011年訪問了一次。這時，海洋生物學家的下巴都驚掉了。根據研究玻璃海綿的德瑞科學家團隊的研究，以及他們在7月22日出版的《當代生物學》雜誌上發表的發現，在短短四年內，玻璃海綿的生物量翻了一番，某些體型級別的玻璃海綿數量增加了兩倍。
這些生物之前在南極洲麥克默多海峽被科學家觀察到在十年內沒有明顯的生長。這種海綿可以長到6英尺高（因此成為地球上最大的海綿之一）。科學家們曾認為它們代表了漫長演替過程的最終產物，這個過程需要幾十年甚至幾個世紀才能形成——就像海底的巨型紅杉一樣。然而，現在它們似乎像生命力頑強的野草一樣生長。該團隊得出結論，玻璃海綿可能具有“繁榮與衰退”的生命策略，它們可以快速生長或進入半休眠狀態。他們推測，來自新照亮水域的食物大量湧入，加上來自海底的食物因冰層消失而重新懸浮，這兩種因素共同推動了它們的蓬勃發展。
以下是兩張照片，對比了2007年和2011年的海底代表性景象。在第一張圖片中，柄狀的、略帶暗示性的被囊動物非常明顯。紅色箭頭指示的是玻璃海綿。
請播放歌曲“傑弗遜一家”。
海綿的生活
大多數關於這項發現的報道都忽略了玻璃海綿有多麼的奇異——即使對於海綿來說也是如此，而海綿在動物界中已經非常奇異了。普通海綿——多孔動物門的大多數成員多孔動物門——存在於介於群落和個體之間的灰色地帶。它們很可能是最早進化出來的動物之一，並且肯定是第一批從動物進化主幹上分離出來的動物之一。因此，以其他動物的標準來看，它們具有一些奇異的行為。
例如，最著名的生物學學生海綿實驗是將海綿無情地擠過篩子。當你讓你的海綿提取物靜置一段時間後，單個細胞將開始忙碌地將自己重新組裝成一個單一的有機體。用大多數其他動物嘗試這樣做會產生截然不同的結果。
“普通”海綿內部的細胞沒有連線成真正的組織（如肌肉組織或神經組織），但它們確實會分化。有些細胞專注於運輸食物，或防禦入侵者，或敲打鞭毛以移動水並捕獲獵物（主要是細菌）。許多海綿會構建由蛋白質、二氧化矽或碳酸鈣製成的尖銳的微觀骨針，以幫助支撐它們的身體並防禦捕食者。很少有生物能夠忍受一頓佈滿針刺的食物。
奇特的玻璃屋及其奇特的居住者
玻璃海綿之所以得名，是因為它們也製造二氧化矽骨針，並將它們連線成精緻、複雜的半幾何玻璃骨骼。骨針通常是六角形的（像一組笛卡爾XYZ軸），但也可以呈現各種令人驚訝的形狀，你很快就會看到。最早的海綿可能是玻璃海綿，即使在它們最早的前寒武紀和古生代化石中，我們也能看到它們驚人的幾何美感。例如，Hydnoceras化石看起來像是穿著格子呢，但實際上是由類似分形交叉矩陣組成的。這種特殊的結構似乎已經被放棄了。
在現代玻璃海綿中，許多物種還會分泌錨定骨針“根”，類似於成束的光纖電纜，或束棒狀的玻璃纖維。正如你可能從這種結構中猜到的那樣，玻璃海綿似乎偏愛由柔軟沉積物組成的深海、安靜的海底，它們將錨定根插入其中。它們在南極水域中非常豐富，並且經常似乎是那裡生命的主要形式。
讓我們來看看其中的一些特徵。下面你看到的是1904年德國雕刻的玻璃海綿Chaunangium。頂部是其六角形骨針的圖紙。夾在它們中間的是許多水平的棒狀骨針，以及另一種型別的骨針，類似於放大後的煙花，分別位於左右兩側。值得點選圖片檢視並放大原始影像，以便更好地觀察骨針。底部是生物本身，由那些根狀的二氧化矽束支撐。
“火山口玻璃海綿Chaunangium，於1898-1899年瓦爾迪維亞探險期間捕獲”，作者：弗朗茨·埃爾哈德·舒爾茨，1904年。出自《德國深海探險“瓦爾迪維亞號”1898/1899年科學成果》。公共領域。點選圖片檢視來源。
這是同一位藝術家創作的另一幅雕刻作品，展示了各種物種。標為#1的可能是最著名的玻璃海綿，維納斯花籃海綿，Euplectella aspergillum。
這是上面#2，Hyalonema sp.的真實儲存骨骼，拍攝於今年6月我第一次參觀倫敦自然歷史博物館期間。你可以看到“根”系統有多麼廣泛。
這是Euplectella，#1的真實骨骼特寫。注意骨針根。
這是它的骨針骨骼特寫。
這是德國生物學家恩斯特·海克爾對玻璃海綿的描繪。與所有海克爾藝術作品一樣，它經過了輕微的理想化和人為擺姿，但本質上反映了現實。中心圓形影像描繪了玻璃海綿的橫截面。頂部其餘部分顯示了各種骨針。這張圖片也可能值得近距離觀看。
在海克爾影像的底部中心是#1，一種Farrea屬海綿。這些海綿在最近幾十年才被發現是造礁生物——科學家們曾認為玻璃海綿在白堊紀時期就放棄了這種習性。現在我們知道，玻璃海綿礁仍然存在於加拿大和美國太平洋西北部沿海的深海中。這是由NOAA拍攝的Farrea屬海綿構成的礁。
最後，這是一張瘋狂的焰火狀玻璃海綿骨針的顯微照片。我認為這張照片可以掛在藝術畫廊裡，或者作為你永遠不知道該如何使用的空白賀卡的封面。
然而，玻璃屋及其奇異的構建模組僅僅是玻璃海綿奇異之處的開始。它們在海綿生物學上的真正獨特之處在於它們的生存方式。玻璃海綿不是由單個同胞細胞組成的聯合體狀生物，而是由一個巨大的、絲狀的細胞核袋和一些附屬的單個細胞組成。
它們像其他海綿一樣，以由單個細胞組成的多細胞游泳幼蟲開始生命。但在某個時刻，這些細胞開始融合。如果這讓你想起了被稱為根足蟲或異絲孔蟲的巨型原生生物，它們被發現在馬裡亞納海溝底部生活，那是有充分理由的。這是一種類似的生活方式，在類似的黑暗、靜止、營養貧乏的深海生態位中發揮作用。
在玻璃海綿中，一個細胞核團似乎構成了海綿的內層，而另一個細胞核團則構成了外層。連線這兩層的是細胞質絲，食物收集腔室懸浮在其中，根據Palaeos的說法。這是我讀到的內容，但我能找到的唯一一張顯示玻璃海綿橫截面的影像是上面海克爾插圖的中心影像。我很難將該影像與我所知道的知識結合起來。
這種許多單個細胞融合形成一個巨大的充滿細胞核的袋子的生長形式在生物學中有一個名稱：合胞體。奇怪的是，像艾滋病毒和呼吸道合胞病毒（RSV）這樣的病毒會誘導毫無防備的免疫細胞，即T細胞，也這樣做，以使其失活並殺死它們。
這種生活方式給玻璃海綿帶來了什麼優勢，這很難理解。無論它是什麼，這都是一種已經為它們服務超過5億年的生活方式，並且似乎在我們星球最新的氣候痙攣中賦予了它們一些新的優勢。《當代生物學》研究的作者最後指出，“如果冰架解體的驚人速度持續下去，隨著初級生產力的提高和因海洋酸化而導致的asteroid[海星]捕食的減少，玻璃海綿可能會發現自己站在氣候變化的‘贏家’一邊……”
隨著南極洲進一步變暖並進入人類經驗之外的氣候 regime——但並非玻璃海綿經驗之外——它們是否會繼續成為贏家，這都是未知數。
參考文獻
菲林格 L.，揚努森 D.，隆德爾夫 T. & 裡希特 C. (2013)。氣候誘導南極冰架崩塌後玻璃海綿的快速擴張，《當代生物學》，23 (14) 1330-1334。DOI：10.1016/j.cub.2013.05.051