土壤之下，洞穴之上，隐秘生命的迷宫

本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点

大多数听说过桡足类的人——在这个世界上很少有人听说过——是从海洋中认识它们的，在那里它们是漂流生物浮游生物的常见成员。它们是很小的甲壳类动物，外表或多或少平平无奇。这是一个。

但桡足类动物不仅仅生活在海洋中。它们也像咕噜一样，隐藏在地球上隐秘的水池和空腔中。这些微小的裂缝、缝隙和水袋是一个看不见的生态系统，充满了人类只能想象的生命，因为我们太大了，永远无法访问它们。栖息地非常小且多样化，以至于不同的稀有物种可能生活在彼此仅几码之遥的迷宫中，但永远不会相遇。

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它们的家被称为表岩溶，它是地球的一个地层，主要存在于泥土和下方任何洞穴系统之间的石灰岩、白云岩和石膏岩中，这个地层被称为岩溶。它不太像土壤，也不太像石头，渗透其中的水可能会被岩石中的裂缝和充满液体的空腔捕获或转移到意想不到的方向。这种空间网络可以为各种不同的生物形成疯狂的栖息地拼图。最突出的是大量的小型甲壳类动物，特别是我们的桡足类朋友。稍后详细介绍它们。

其多样性之高足以与下方洞穴中的多样性相媲美，而生态位要么是如此独特，要么被表岩溶内岩石的几何形状所隔绝，从而形成了有效的生命岛屿，受到与海洋中更大的同类岛屿相同的进化力的影响（生物学的一个重要领域称为“岛屿生物地理学”，由罗伯特·麦克阿瑟和E.O.威尔逊率先开创）。

 当穿过这个微型迷宫的水到达下方的任何洞穴时，它会从洞穴顶部滴落，并可能形成安静的边石无边泳池，边缘由滴水沉淀的矿物质沉积形成的波纹状堤坝构成。它们通常很宁静，光滑的表面只会被偶尔的滴落所破坏（在地面暴雨之后，滴落可能会加速变成一场真正的阵雨）。

当暴风雨冲刷这个迷宫时，生活在那里的微小动物必须竭尽全力抓住一切，在某些情况下甚至会使用包括——我没有编造——“肛门齿”在内的结构，以防止被冲刷到它们无法生存的地方。

由于我们缺乏在B级科幻电影中经常出现的缩小射线，我们谁都无法亲自访问表岩溶。我们必须依靠那些被水冲出岩石并进入下方洞穴的不幸生物来告诉我们那里可能生活着什么（这就引出了一个问题：哪些动物*非常擅长*抓住裂缝？以及岩溶下方的地层中隐藏着什么？）。由于我们无法彻底探索它，因此它是新物种的重要来源。

这些地方包括西西里岛巴勒莫附近的孔扎洞穴的边石池。孔扎洞穴相对较小。只有100米长，从入口向上倾斜20米，包含五个边石池。

形成它的岩石基质是石灰岩、白云岩和生物碎屑岩的混合物。这个洞穴是死的；也就是说，形成它的任何水文力量都已经停止，并且它不再洪水泛滥。唯一的水渗透是通过洞穴顶部滴落到边石池中。这些水池位于没有出口的巨石顶部，并且实际上与洞穴的其余部分隔绝，因为它们的底部和边缘有一层不透水的方解石涂层，这是矿物质从渗流水中沉淀出来时形成的。因此，这些水池也是岛屿——周期性消失的岛屿。

孔扎洞穴的上覆层——洞穴顶部和地表之间的地层——也相对较薄，仅为14米（46英尺）。因此，该地层的水储存能力很小，当夏季地中海气候导致降雨消失时，滴水停止，水池至少在春末夏初干涸，有时甚至在冬季也会干涸。桡足类动物没有能够适应干燥条件的休眠期（不像最近在这里报道的缓步动物）。因此，任何从洞穴顶部被冲入这个洞穴水池中的桡足类动物注定要死亡。

来自卡塔尼亚大学的一些大胆的意大利洞穴科学家几年前决定研究他们在这些水池中发现的东西。他们想测试这些水池是否只被从表岩溶滴落下来的生物体所占据，以及即使地层很薄且降雨量通常很少，孔扎洞穴上方的表岩溶是否可以在炎热干燥的天气中成为这些生物体的永久避难所。由于这些水池彼此之间互不相连，因此这五个水池也是用于衡量上方表岩溶生物群的精细尺度微采样装置。

表岩溶中的空间一定全年都保留了一些水分，因为科学家观察到，随着每个雨季的开始和水池的重新形成，桡足类动物立即重新出现在它们的水池中。

科学家们在三年多的时间里对这些水池的监测显示，还有一些惊人的发现：三种不同的桡足类物种持续地占据着彼此仅几米之遥的相同水池——其中三分之二对科学界来说是新的——这表明在洞穴顶部上方的岩石中存在着生命的环礁，其居民似乎从不混杂。

这就是洞穴桡足类动物的样子。它是科学界新发现的两个物种之一。请注意，与它们的海洋同类相比，它们的附肢短得多。

地下桡足类动物也倾向于具有某些共同特征。它们具有延长的繁殖期，以最大限度地增加配偶在可接受的时间相遇的机会。这在B. stillae 的研究中也得到了证实——在整个采样期间都发现了所有生命阶段的个体。这种桡足类动物也倾向于只产少量的大卵，这是在许多栖息地物种中发现的对“逆境”的适应。B. stillae 每只雌性只有五六个卵，并且是其属中记录的最大直径。

这些生物也倾向于进化出特殊的附着在裂缝上的方法，以避免被不可避免的水流拉力冲刷到太深的地方。就B. stillae 而言，这包括一个长长的身体，以及长满小刺的短而粗壮的肢体。它甚至在它们的“肛门盖”上长了一些牙齿，那是覆盖该区域的结构。您可以在右上方图像中桡足类动物身体底部、两个长刺之间看到其中三个。这不是“抓住你的屁股”，而是“用你的屁股抓住”。这些小家伙——就像表岩溶的所有居民一样——确实是在用尽全力抓住一切，为了它们宝贵的生命。

这些水池大致分为两组。边石池 4 和 5 始终含有Parastenocaris diversitatis，这是一个新物种。这两个水池仅相隔 7 米。水池 1 和 3 相隔约 10 米，含有Bryocamptus stillae 和Speocyclops italicus，并且在一次事件中，水池 1 同时含有两者。这两组水池相隔 10-16 米。

2号水池完全没有桡足类动物。注入它的水一定来自桡足类动物的沙漠，或者来自裂缝系统，在裂缝系统中，桡足类动物很容易阻止自己从洞穴顶部掉落。

作者认为，有两个独立的渗透单元为两组水池供水，它们可能被不同大小的微裂缝或其他特征分隔开，这些特征有利于某些物种而不是其他物种。例如，P. diversitatis 比B. stillae 更瘦，并且在水池中发现的频率要低得多。这可能是因为它能够将自己楔入比B. stillae 更紧密的裂缝中，这也减少了它从洞穴顶部冲出的机会。

除了桡足类动物外，在水池中还发现了许多其他生物。科学家们还看到了 12 只缓步动物（水熊虫）；249 条线虫（蛔虫）；也许不足为奇的是，72 条蚯蚓；和两只螨虫。他们还看到了 102 只白化介形虫——与几年前在加勒比海让我着迷的产生萤火虫般展示效果的生物群相同——但仅在 1 号水池中。

发现分布如此受限的桡足类动物并非完全出乎意料。已知地下桡足类动物物种的分布范围仅为数百米，并且表岩溶动物区系根据超局部环境条件划分为生态“区块”。尽管如此，在彼此仅几米之内就发现完全独立的群体，在我看来仍然是非同寻常的。如果您将这一发现推断到地球整个岩溶地表面，那么潜在的多样性似乎是惊人的。想象一下所有可能隐藏在数百万平方英里的土地内所有小裂缝和缝隙中的小动物，它们远离科学的探索目光。

注：这篇文章的灵感来自Catalogue of Organisms上关于同一主题的另一篇文章。如果您喜欢这个博客并且对严肃的分类学感兴趣，您应该去看看！

参考文献

Cottarelli, Vezio, Maria Cristina Bruno, Maria Teresa Spena, 和 Rosario Grasso。“意大利地下桡足类动物研究，以及对来自西西里岛洞穴的两个新的表岩溶物种的描述。”动物学研究 51, no. 4 (2012): 556-582.