出品："SELF格致論道講壇"公眾號（ID：SELFtalks）

以下內容為中國科學院動物研究所趙亞輝演講實錄：​

今天我想和大家一起聊一聊洞穴的故事，特別是那些隱藏在深邃黑暗背後的生命奇蹟。

我們在過去的20多年時間裡，幾乎每年都會在中國西南喀斯特的地方進行洞穴生物考察。

我們工作的主要目的就是去發現那些珍稀瀕危以及不為人類所知的隱藏的洞穴生物多樣性。當然，這個過程也是刺激和危險、失望和興奮相互交織的。

在我國西南的喀斯特地區，地表水實際上是非常匱乏的。但是與之相反，地下水卻發育得非常好，形成了各種各樣的水體形態。比如地下河流、地下湖泊、地下池塘，這些給洞穴魚類的演化和適應輻射提供了非常好的條件。

洞穴或地下水系對於生物體來講，屬於一種極端的生活環境。你在洞穴里所能看到的就是無窮無盡、無邊無際的黑暗。大家可以嘗試閉上眼睛，體會一下在洞穴里可能遇到的一些問題。

你可能會寸步難移，因為你不知道前方是什麼，也不知道後面是什麼。你每走一步可能會掉到深淵裡面去，也可能會碰到周圍堅硬的石壁。

另外，在洞穴中食物從哪兒來？你怎麼填飽肚子？再有，你不知道什麼時候該睡覺了，不知道什麼時候該起床了，不知道什麼時候是冬天，不知道什麼時候是夏天。

即便你有足夠的勇氣，試想一下自己是否可以在這樣的環境裡待上一個小時？待上一天？待上一個月？現在大家可以睜開眼睛來看一看我們今天要談的主人公。它們實際上在這樣的環境中已經至少生存了幾百萬年。

洞穴魚類和洞穴生物的適應

要想在洞穴這樣的環境中生存下去，洞穴里的生物必須演化出一些特殊的本領，這集中體現在它們的外部形態上，我們把這些叫作洞穴適應性的特徵，主要包括兩個方向，一個是退化，另外一個是特化。

從外形上可以看到，最為明顯的是很多洞穴魚類的眼睛呈現不同程度的退化。有的種類還保持著一對相對比較完整、功能也比較好的眼睛；有的則只剩下黑色的眼點；而有的魚類連小黑點也不要了，眼睛從它們的外表上完全消失了。

我和同事針對中國洞穴魚類眼睛的退化做過一系列的工作，我們發現洞穴魚類眼睛的這種退化表現在不同的層次上，包括視網膜、晶狀體以及視細胞的種類、大小、排布等都表現出非常複雜的退化現象。

另外一個比較典型的退化特徵，就是洞穴魚類的體色。很多洞穴魚類的體色因為消褪，從而形成了透明或者是半透明的身體狀態。

如果想更好地在洞穴中生存下去，單靠退化的眼睛可是不成的。特化的功能和器官就顯得非常重要了，比如很多洞穴生物傾向有一個延長的附肢。

對洞穴魚類來說，它跟地表種相比有比較延長的胸鰭和腹鰭。這些相對延長的附肢可以讓洞穴生物在運動的過程中增加感受周圍環境的範圍，使它們更好地在黑暗的環境中生存下去。

我們知道，很多魚類都有側線，側線是一種物理感受器，可以幫助魚類感受自己在水體中的相對位置，以及周圍物理環境的一些信息。而很多種類的洞穴魚類，側線系統都是十分發達的。

在中國分布的一些洞穴魚類當中，我們可以觀察到它們頭部的側線管孔是非常複雜的。洞穴魚類側線系統的這些特點可以和仿生學相結合，應用在一些航行器上感受器的設計上面。

魚類鼻子的構造和我們有差別，它的主要功能就是嗅覺。很多洞穴魚類都有著非常發達的嗅覺器官，我們把洞穴魚類的鼻子解剖下來，放到電子顯微鏡下，可以看到在嗅板上遍布著形態各異的嗅覺細胞以及相應的支撐細胞，這些對它們在洞穴中的生活是非常有意義的。

在中國的洞穴魚類中，我們還觀察到一個有意思的現象，就是有些種類在它們的頭部和背部交界的地方形成了一個向前凸的角狀的結構，有點像我們所說的龍。

通過顯微CT進一步觀察，我們發現這個角狀結構實際上是由頭部幾個不同的骨骼組成在一起。在不同的種類中，我們發現這個角的形態也是多樣的。

這個角狀結構有可能在洞穴魚類游泳過程中減少水體的阻力，從而進一步減少它們在游泳過程中消耗的能量；也有可能和脂代謝有關，可以說是一種洞穴適應，需要我們下一步做更多深入的研究。

遺憾的是，這些奇奇怪怪的魚類，在我國北方基本上沒有分布，它們主要分布在我國西南喀斯特地區，包括雲南、貴州、廣西的喀斯特地區。

我國有著世界上最大的連片的熱帶和亞熱帶喀斯特地貌，在這一片區域的地下孕育了非常豐富的洞穴。

這些洞穴環境也給洞穴魚類的演化和適應輻射提供了得天獨厚的條件。到目前為止，我們統計中國一共至少有150種洞穴魚類，占中國整個淡水魚類的11％左右。大概每10種中國的淡水魚類中，就有一種具有洞穴生活的習性。

洞穴和洞穴生物需要保護

很多洞穴魚類的分布範圍是非常狹窄的，有些種類只分布在特定的洞穴或者特定的地下河中，這意味著如果這個洞穴被破壞了，這個物種可能就會遭受滅頂之災。

我們在洞穴中發現一個有意思的現象，幾個不同的物種經常生活在一起，我們叫同域分布，這也意味著這個洞穴如果被破壞之後，不僅是一個物種倒霉，可能受影響的是幾個不同種類的洞穴魚類。

但從另一個方向來講，如果我們把其中一種魚類保護好，受益的也將是更多的物種。

除了分布區狹窄之外，很多洞穴魚類的種群數量也非常低。極低的種群數量，加上分布區又那麼狹窄，使得絕大多數的洞穴魚類都非常容易受到人類活動的擾動而瀕危。

提到人類在洞穴中的活動，可能比較快的映入大家腦海中的就是旅遊的洞穴。旅遊洞穴里通常鋪設了大量的燈光，修建了很多的步道，方便遊客進出。

這樣頻繁的進出以及燈光的照射對洞穴生物來講是一個重大的影響，我們也去過一些這樣的洞穴進行考察，除了那些奇奇怪怪的鐘乳石之外，洞穴生物很難在這樣的環境中生存。

盜採鐘乳石的現象也很常見，巨大的鐘乳石被運出洞穴之外，給遊人作觀賞用，它的背後可能有大量其他的鐘乳石被盜採而運不出洞穴來，這也給洞穴生物的生存帶來威脅。

在西南喀斯特地區，地表水資源是非常匱乏，所以當地居民不得不大量利用地下水，因此洞穴里舖設了很多管道，使用抽水機隨時抽水。

對洞穴地下水資源進一步開發利用，還會在洞穴裡面修建一些小型水壩，從而會形成小的水庫，這樣就改變了洞穴河流的自然節律，進而改變了洞穴的微生境，洞穴魚類對這種環境改變是非常敏感的。

人類的生產生活所產生的垃圾、污染，以及農田釋放的化肥、殺蟲劑等，最終都要流到洞穴里，這些也會對洞穴魚類產生間接的影響。

此外，人類對洞穴的利用是多方面的，比如在洞穴里蓋房子、修建公路等。

石灰岩是水泥的重要來源，除了建築之外，石灰岩對其他的工業領域，比如食品、造紙，甚至環保都有重要的意義，對石灰岩需求的不斷擴大使得石灰岩的開採在喀斯特地區非常普遍，很多石山在很短的時間內就可能被夷平，其中的洞穴系統就可能遭到徹底破壞，有些洞穴種類很可能在我們認識和記錄它們之前，就已經從這個地球上消失了。

這些洞穴生物生活在我們的視線之外，所以它們的消失也不為我們所察覺。

未來我們還會進一步做更多的洞穴考察工作，除了發現一些新的物種之外，我還希望我們的工作能為未來的洞穴生物保護提供重要的支撐。我們會繼續享受著刺激與危險、失望與興奮相交織的探洞過程。

「SELF格致論道」講壇是中國科學院全力推出的科學文化講壇，致力於精英思想的跨界傳播，由中國科學院計算機網絡信息中心和中國科學院科學傳播局聯合主辦，中國科普博覽承辦。SELF是Science, Education, Life, Future的縮寫，旨在以「格物致知」的精神探討科技、教育、生活、未來的發展。關注微信公眾號SELFtalks獲取更多信息。

本文出品自「SELF格致論道講壇」公眾號（SELFtalks），轉載請註明公眾號出處，未經授權不得轉載。