我在南极捉螨 ——南极考察趣事—1

熊黑钢

在南极考察期间除了冰川组的韩建康、康建成、温家洪三位先生外（他们在远离长城站的柯林斯冰帽上打钻），其余在野外工作的考察队员（研究海洋生物、陆地鸟类、陆地动物）的之间会有一定的相互合作。当时，中国科学院动物研究所的潘涔轩先生与北海道大学低温科学研究所的岛田公夫合作研究乔治王岛、菲尔德斯半岛的陆上节肢动物，并对菲尔德斯半岛陆上节肢动物的种类、分布、群落结构特征及部分种类螨类的耐寒性进行了测定。

我曾经与潘涔轩先生在长城站附近抓螨类，并观察了他们对部分种类螨类的耐寒性测定。他们的研究方法极其有趣，不同学科之间的交叉学习给了我很多有益的启示！受益匪浅！！！

1.长城站附近的自然环境特征

中国南极长城站位于南设得兰群岛南部最大岛屿乔治王岛西南端的菲尔德斯半岛, 地处南极圈以北区域（图1、2）。在地貌上可分为海拔50m 以上具有古夷平面特征的基岩丘陵, 和海拔50m 以下的上升海岸阶地。海滩多为砾、沙质。多年平均气温为-2 .1 ℃, 12 —2 月平均气温为1—3 .5 ℃。全年云量大, 降雪多, 年降水400 —650mm, 属典型的亚南极气候。

图1 南设得兰群岛、乔治王岛、中国南极长城站图

图2 乔治王岛、菲尔德斯半岛、中国南极长城站

南极长城站附近分布着多种动物，但绝大部分的动物都是夏季在此繁衍的海鸟（企鹅、燕鸥、贼鸥等等）和海洋哺乳类动物（海豹、海豚、鲸等等）。

严酷而恶劣的环境极大地限制了各种植物在南极的生存繁殖。因此，以植物为生的南极陆地上的动物种类极其有限。真正的南极陆地动物主要有昆虫和蜘蛛类，它们是在南极大陆土生土长的“土著居民”。然而在南极洲的陆地生物，不管是动物还是植物，能在极其恶劣的环境中生存下来，必须同险恶的环境搏斗、抗衡，锻炼和造就适应恶劣环境的能力，才能生存下去，繁殖起来。

2. 螨类

真正南极大陆上生活的最大陆地动物是螨类。体长只有几个毫米左右，依靠食苔藓和地衣及其它碎屑生活。其在南极附近及大陆分布最广，从海岸到海拔2000米的高原，从南纬610的亚南极地区到内陆南纬840的地区都有分布。螨能忍受较低温的环境。

节肢动物是动物界最大的一个门类，包括人们熟知的虾、蟹、蜘蛛、蚊、蝇、蜈蚣以及已绝灭的三叶虫等。在目前已知的100多万种动物中，节肢类动物约占85%。

螨类属节肢动物门，蛛形纲，蜱满亚纲。

我们遇到的问题有三：
（1）如此之小的动物如何捕捉？
（2）这些在南极大陆土生土长的土著居民到底能耐多低的温度？
（3）它们为何能够耐这么低的温度？

3.在岩石上捉螨类

一天清晨吃完早饭，我们两人带好采样的工具和设备穿着上面可以用绳系扣的高筒胶靴出发了（南极长城站附近到了夏季，冰雪融化后到处都是水，穿高筒胶靴可以防水，而高筒胶靴口的上面有一小截布，其内有绳，可以系起来避免水、雪、土进入）。

首先，我们在南极长城站附近找比较大的岩石，一般要在一平方米以上，然后在上面仔细寻找是否有螨类。

我是研究冰缘地貌的，当时对南极的动物一无所知。我们在中国南极长城站附近到处寻找，主要是靠潘涔轩先生，我就是一动物盲。找了很久他终于在一块岩石上发现了螨。他赶快让我看，我在岩石上（图3）看了一会儿，没发现什么东西，他就用一根小枝条给我指，原来是一种长度只有1-2毫米的“小蜘蛛”。

我上山下乡锻炼多年，在农作物上就有类似的动物，但个体比这个大一些。后来才知道蜘蛛与螨都属于节肢动物门、蜘蛛纲的动物。这一类的螨通常生长在长有地衣的岩石上，可能以地衣为生。然后我们就开始在此岩石上抓螨类动物。

图3 有螨类的岩石

捉螨类有三个难点：

一是：如何捉住？

螨非常小只有1-2毫米，捉的时候，只能用食指与拇指轻轻地从岩石表面捏。使劲大了，就把它捏死了；使劲小了，根本抓不紧，它从食指与中指之间“跑”了。我们也曾想用毛笔将其刷到一张纸上，把纸折成V字型，然后再刷进容器中，也因太小，怕伤及它的肢体而放弃。只好用食指和拇指一个一个的捏。效率很低，但也没有更好的办法。

二是：如何将其从岩石表面的小石缝、小凹坑中“赶”出来。

然后才能够用手将其捏住。在小石缝或小凹坑中，根本不可能将其抓住。我们用一只很柔软的，前端是平头的小毛笔。由于螨很小，用毛笔可能会伤及它的螯和肢，因此，我们基本不会直接用毛笔将其从石缝中扫出来，而是用毛笔在它旁边“跺”，吓唬它，“赶”它向外走。

三是：如何将其放入小容器中。

抓到的螨需要用容器将其保存起来。容器有点像青霉素瓶很小（请见图4），粗细只有大拇指大小，瓶盖是一个橡胶盖。而将其放入容器也是非常困难的。因其太小，又不敢使劲，往容器中放的时候，它还在食指或拇指上趴着，抓力也比较大，怎么也抖不到瓶子里。由于特别不好抓，抓到它的时候，有时是食指与拇指的前部，这样比较容易放入容器，但常常因为，没有使劲的捏住它，它可能已经跑到食指与拇指的后部，顺着手指向上爬，放不到瓶子中。

抓了两个小时，还没有把指甲盖大小的瓶底盖满。

为了保证采样的合理性、科学性、有效性，我们还在南极长城站其他区域的岩石上采样。而每一次在苔藓上采完样后都会对采样点进行修复，以保证其能够尽快恢复生长。

图4 左边手类似放螨虫的小瓶子（图片来自网络）

3. 在苔藓地衣上捉螨类

南极长城站是在乔治王岛的菲尔德斯半岛上，不在南极圈之内，处在亚南极的区域。夏季的时候，岛上很多地方冰雪融化，成片的绿色苔藓、地衣出露，给冰雪世界带来生命的绿色，非常美。苔藓是南极地区的“先锋植物”，它虽然没有地衣那么顽强的生命力，但它可以在地衣将岩石表面分解后，形成薄薄的土壤上生长。因此，它的底部有土壤。南极的一些螨就生活在苔藓里，可能以苔藓为食（图5）。

图5 在南极长城站附近的苔藓上捉螨

（1）在苔藓上采样

捉苔藓中的螨特别有意思和也轻松多了。我们先根据室内所做的采样计划找到一块苔藓地，用一个铁棍插入其中，得知其大致的厚度后，将一个直径为15公分，高20公分的圆铁桶（请见图6）打入苔藓之中。然后连圆铁桶和其中的苔藓泥土一起挖出，将铁桶中的苔藓和土壤倒入采样袋中，野外工作就完成了。

图6 类似的圆铁桶

（2）测定单位体积中的螨类

其测定土壤中螨的数量的科学原理是：
铁桶的体积等于底面积乘高（请见图7）。

即：V=Sh=R2h。
其中：S是桶的底面积，R为底面积的半径，h为桶的高度。

根据桶的体积和每一次采样的厚度，即h的高度，我们就可以知道每一次采样的体积。然后我们根据这一体积内螨的数量，就可以知道在这一区域单位体积苔藓和土壤中螨的数量。

图7 铁桶体积的计算

（3）捕捉土壤中的螨类

然而将螨从采回来的苔藓和土壤中取出是一件非常有趣的事，也让我见识到了非同一般的采集螨的方法。

首先，要搭好一个实验架。架子的中层放一排实验室常用的漏斗，每一个漏斗下放置一个装有酒精的广口瓶（图8）。

其次，将野外不同地点采集来的苔藓和土壤按编号倒入漏斗，并记录在野外样品记录簿上。

再次，在实验架的上层对准每一个漏斗，安装一排白炽灯在其上方（图8）。

然后有趣的事情就发生了。当接通电源白炽灯亮起后一段时间，螨就从苔藓和土壤中慢慢地爬出来，顺着漏斗下方的嘴，一个一个的掉入下方的广口瓶中。

图8 捕捉螨类的实验架

知道这是为什么吗？

原来他们是利用南极地区的螨耐寒，不耐热的习性，用上方的白炽灯加热苔藓和土壤，螨忍受不了上方逐渐增加的热量，便慢慢地向下运动。随着温度越来越高，它也加速向下爬，最终掉入下方广口瓶的酒精中。看着一个个掉入酒精中的螨，特别有意思，想起了一个词——自投罗网。

计算每个玻璃瓶中的螨类，结合采样桶中土壤的体积，即可得知单位体积中的螨类数量。

正是利用南极螨怕热这一特点，才能取得事半功倍的效果。这与做任何事一样，知道了事物的特性，才容易事半功倍。

4.部分种类螨的耐寒性测定

严酷恶劣的环境极大地限制了植物在南极的生存繁殖。 因此，以植物为食的南极陆地上的动物种类极其有限，它们在这里生存的必须具有高超的耐寒能力和特殊的求生本领。但它们究竟能够忍受多低的低温，一直是科学家研究的问题之一。

（1）实验装置

为此，他们设置了一套装置，来测定螨能忍受的极限低温环境。

首先，他们准备了一个特殊的冰柜（请见图9左上角），其低温可以达到-70℃度和一个广口的保温瓶，这种保温瓶现在市面上很少见，但上世纪50——60年代，在中国大街上卖冰棍的常常会用它保存冰棍（请见图9左下角）。

其次，有一个可以用来测试的仪器——活动记录仪（请见图9右侧）。其有三个主要部件。一是有一根电极导线一头连接着仪器，另一头，有一个小金属棒；二是有一个可以在滚动纸上自动划线的笔——自动记录笔，可以连续记录。三是把一个温度计放入广口保温瓶中，时刻监测广口保温瓶中内温度的变化。即能够测量环境温度、时间、电极信号变化的记录仪。

（2）测定步骤

首先将螨用一种粘液粘在有导线的电极金属棒上，然后将带着导线的金属棒放入广口保温瓶中，另一头连接着自动记录仪（图9中的红线），并将其放入特殊冰柜中。这时螨还活着，其不断地在金属棒上蠕动，仪器记录下其初始的温度。有点类似于地震仪记录地震随时间的变化。

其次，逐渐降低冰柜的温度。然后不断记录各个时刻螨的活动情况和相应的温度。

最后螨因温度太低，体内细胞中的液体结冰，结冰后的液体体积增大，将细胞壁挤破，螨死亡。这时记录仪上自动记录笔画出的就是一条直线。而螨死亡时刻的温度基本上就可以看做是其所能耐寒的极限温度。
经过很多次的测试，大部分螨都在零下30℃才死亡，当时所测螨能忍受的最低温度是零下34.3℃。

图9 螨耐低温测试图

（3）实验技巧

这一科学实验有三个需要关注的。

一是：不能把粘上螨的电极直接放入冰柜，因为，冰柜降温快，不容易监测到整个变化的细致过程。先把粘了螨的电极放入广口保温瓶中，然后再将其放入冰柜，是为了减缓冷冻的过程，避免无法观测螨类逐步被冻死的过程。这样保温瓶可以延缓温度快速下降的过程，使得整个测试过程更加精细、清晰，也符合自然世界中温度是缓慢下降的实际情况。即更好地模拟了自然界的过程。

二是：冰柜的温度调节也应该是缓慢的，不能直接调到零下70℃。否则不易捕捉到这一过程的细微之处。

三是：记录必须是连续的，温度、时间、螨的生命记录必须是同步的。

螨类为什么能够在冷的地方生存？科学家给出的解释是：它们采用特殊的方法度过严冬，在体内积聚防冻复合成分，降低它们身体结冰的温度，这样它们就可以抵御零下30度的严寒。

5. 启示

（1）设计捕捉螨类的设备，充分利用了南极土生土长的生物怕热的特性。这就告诉我们任何事物（生活、科研）抓住研究对象的特性，就容易“事半功倍”。因此，无论我们做什么事，首先要充分了解事物的本质特点。

（2）采用保温瓶，防止温度降低过快。利用了减少热量交换可使温度变化减小原理，可以更细致地捕捉到过程的细节。即“欲速则不达”。

（3）测定螨类耐寒极限时，充分利用了动物体内含有大量的水分（特性），水结冰体积增大（特性），挤压细胞致其死亡（规律）。因此，掌握影响了事物的特性和变化的基本规律，才更容易取得好的结果。