河滩变色之谜

三分陆地七分水，是对地球表面水多地少概貌的形象描述。不算河流，仅海洋面积就占了地球表面积的71%。在整个地球水资源当中，海洋里的水占据了绝对优势，比例约为96.53%。巨大的海洋是生命的摇篮，无时无刻不影响着地球上的生命。

海洋或者大的湖泊都有潮汐现象，潮起潮落，自古以来就被人们认识和关注。漫步海边，海风阵阵，一层层的海浪卷向沙滩。大海用涛声向天空倾诉，这种倾诉已经持续了亿万年，听起来枯燥而单调。但这里并不缺乏丰富多彩的生命，在退潮后的沙滩上漫步，我们会发现形形色色的生物涨潮之前在这里奔忙、觅食，热闹非凡，一派生机勃勃的景象。那么，这些世世代代生活在这里的生命，是如何适应大海的潮起潮落的呢？

眼虫藻与埃文河的河滩颜色

帕尔默（John Palmer）是美国马萨诸塞大学的时间生物学家，他博士后期间（1963—1964）曾经在英国的布里斯托尔大学进行研究工作。埃文河从布里斯托尔大学附近蜿蜒流过，通向布里斯托尔湾。在离布里斯托尔大学大约两千米的河岸上，有一座铸铁修建的克利夫顿悬索桥，这个吊桥建于1806年，迄今仍横跨在两岸的峡谷之上。埃文河距离入海口很近，河流经过布里斯托尔大学附近时由于河道变窄，使得这里的涨潮落潮非常明显，水位落差很大，在一个月当中，落差最大可达到12米。另外，当时的埃文河饱受污染，河水肮脏，浊浪滚滚，场面壮观。

帕尔默经常去这座桥上看潮起潮落，细心的他意外地观察到了一个有趣的现象：每当潮水退去，两边的淤泥河滩就会显露出来。由于遭受工业污染，淤泥看起来是一片黑乎乎的颜色。但是，令人称奇的是，在很短的几分钟时间里，乌黑的河滩就魔术般地变成了一片翠绿的颜色。而每次涨潮时，在潮水没过淤泥之前，这一片翠绿又消失了，河滩从绿色变回了黑色！这究竟是怎么回事呢？

第二天，怀着强烈的好奇心，帕尔默穿着皮裤、胶靴来到河边，趁着退潮，深一脚浅一脚地走下河滩。忍着刺鼻的臭气，他采集了一些淤泥表面绿色的东西，连同淤泥一起放到培养皿里，带回实验室。他在显微镜下对采回来的淤泥进行了认真的观察，发现里面生活着大量微小的生物——眼虫藻（ Euglena obtusa ）。

在显微镜下，眼虫藻有个红色的眼点，具有感光的功能。身体里有形状不规则的绿色颗粒，那是叶绿体，可以进行光合作用，合成养料。因为眼虫藻依赖光合作用，所以不能长时间离开光照。

生活在埃文河入海口河滩淤泥里的眼虫藻，在潮水退去后，要从泥沙下钻到表面，让体内的叶绿体进行光合作用。由于眼虫藻数量巨大，当它们聚集在河滩表面时，整个河滩就呈现出绿色。海水涨潮时，为了避免被潮水卷走，这些微小的生物似乎可以预先知道将要涨潮，提前就钻到了泥沙下面，因此在涨潮之前，河滩的颜色就从绿色变成了黑色。原来，眼虫藻的节律性活动方式就是埃文河滩变色的原因。

受到潮汐的影响，生活在河滩上的眼虫藻的活动具有潮汐节律性。如果把眼虫藻放在远离潮汐的地方，保持光照、温度恒定，它们的潮汐节律是否会丧失呢？实际情况并非如此。帕尔默所在的实验室距离海边大约1.5千米远，实验室里不再有潮汐，培养皿里也没有潮起潮落。但是，这些培养皿里的眼虫藻仍然会表现出周期与海边潮汐规律一致的节律：当实验室外遥远的海边要涨潮时，眼虫藻会从培养皿的表面钻到黑色淤泥里，培养皿就由绿色变成了黑色；而当遥远海边退潮，眼虫藻又会从淤泥里钻到表面来，培养皿就由黑色变成了绿色。尽管离开海边，眼虫藻仍然具有预测潮汐节律的本领，屡试不爽。

帕尔默的眼虫藻实验说明眼虫藻的节律具有自主特征，也就是内在性，在没有潮汐的环境里仍然会表现出与外界潮汐时间相近的运动节律。古诗云潮水有信，就是说潮水的涨退总是有严格的规律的。眼虫藻的这种内在运动节律对于适应潮水涨退具有不可或缺的重要意义，因为眼虫藻必须依赖阳光进行光合作用合成养料，因此不能总藏在泥沙底下，它们要趁退潮的时候钻出来抓紧时间享受日光浴，并捕获太阳的能量合成自己所需的养料。在涨潮时，为了防止被海浪冲走，它们又要赶紧藏匿于泥沙之下。因此，眼虫藻必须适应潮汐的节律，才能够生存。

帕尔默是个有趣的人，他灵光一现，想到了一个赚钱的主意：他拿着盛有眼虫藻的培养皿去找同事，对他们说，这些培养皿的颜色会在几分钟内发生改变，如果不灵验那么他愿意请同事喝酒，如果灵验就要由同事买单。眼虫藻很讲信用，总是在帕尔默所说的时间钻出淤泥或钻入淤泥，使得培养皿的颜色发生改变，为帕尔默赚回啤酒钱。当然，老同事们很快就对这一套把戏不再有兴趣，帕尔默就会去找新来的同事继续打赌。据帕尔默自己说，在大约一年的时间里，他喝酒从来不用自己掏钱，都是靠用眼虫藻打赌赢来的钱——这可能也是生物钟最早的商业应用案例吧。

卞之琳的诗《断章》说：“你站在桥上看风景，看风景的人在楼上看你。”克利夫顿悬索桥建成于1806年，时至今日仍然横跨在埃文河上。在20世纪60年代，克利夫顿悬索桥曾经发生的故事是：有人站在桥上看风景，还有人站在桥上看眼虫藻。

这座上了年纪的悬索桥是布里斯托尔地区的一个显眼的地标，它还曾出现在很多的电影当中。1979年以后，这里还开发出了蹦极项目。如果有一天你有机会站在这个桥上看风景，看潮起潮落、云卷云舒，是否会想起帕尔默这个有趣的人以及他曾经做过的有趣实验呢？

与藻类共处的旋涡虫

在沙滩上，不只眼虫藻有潮汐节律，其他多种微小生物也具有潮汐节律，它们的节律性运动也会引起沙滩颜色的改变，例如下一位将要登场的主角——旋涡虫（ Convoluta roscofensis ）。

法国西部布列塔尼有一个罗斯科夫海洋实验室，这个实验室面朝大海。在这里的沙滩上，生活着一种绿色的微小生物，名叫旋涡虫。前面介绍的眼虫藻大小只有几十微米，相当于把十几只眼虫藻排在一起才达到1毫米。按个头来算，一只旋涡虫的长度可达4毫米，和眼虫藻相比算是大块头了，肉眼就可以看见。

一只旋涡虫其实并不是单独的一个生命体，在显微镜下可以看见，在每只旋涡虫的体内都有很多球形的绿色颗粒，大小规整。这些绿色颗粒是生活在旋涡虫体内的绿藻，它们可以进行光合作用制造养分，旋涡虫为体内的藻类提供“遮风挡雨”的“居所”，同时它的代谢废物可以为这些藻类的光合作用提供养料。另一方面，天下没有白住的房子，这些绿藻如同房客，而旋涡虫如同房东，房客需要向房东交房租，居住在旋涡虫体内的藻类也是要对旋涡虫有所回报的。旋涡虫自己不能合成养料，因此要依赖体内的这些绿藻——它们每过一段时间就会消化掉一部分绿藻来满足自己的需要，细胞里的这些绿藻如同旋涡虫随身携带的干粮。由于绿藻要进行光合作用，旋涡虫必须经常出来晒太阳，如果将旋涡虫在持续黑暗的条件下培养，过不了几天，旋涡虫及其同体内的绿藻都会“多”命呜呼。因此，在旋涡虫和体内的绿藻建立起来的这种关系当中，双方相依为命，谁也离不开谁。

旋涡虫在涨潮时总是钻在泥沙下面，防止被海水冲走——那样就会万劫不复了。在白天退潮后，它们就从泥沙下钻出来，享受海风和阳光，进行光合作用，合成养料。因此，旋涡虫也具有自己的潮汐节律。由于这种微小生命数量众多，聚集在一起，就会使得海滩呈现出斑驳的绿色。当潮水将至，这些旋涡虫钻入泥沙，绿色便褪去了。除了眼虫藻与旋涡虫外，硅藻等生物也具有类似的垂直运动节律。

生蚝是很受欢迎的海鲜，学名叫作牡蛎。2017年，丹麦海边牡蛎数量过度增长、泛滥。对于丹麦来说，泛滥的牡蛎是个坏消息，但是对于中国的美食家或饕客来说，或许是个喜讯。与眼虫藻和旋涡虫类似，生活在海滩的牡蛎，也受到潮汐的影响，也具有潮汐节律。1954年，一批生活在美国康涅狄格州大西洋东海岸的牡蛎，被时间生物学家小弗兰克·布朗（Frank A.Brown，Jr.）捞起，搭乘飞机飞往位于美国中部的城市芝加哥。到达芝加哥后，这些牡蛎被放到地下室的一个水箱里继续培养、观察。在随后的两个星期内，尽管距离康涅狄格州海滨有一千多千米之遥，这些芝加哥新居民每天壳的开张与闭合、进食浮游生物仍然遵循康涅狄格海岸的潮汐规律。 7DSbieaXdX0QCbsQ3MYMlt19hCAg97bTHKXVkqq2gR3qJk9zzCNbm3FkFH6YkAzH