（海南大學(xué)“科普中國高校行”優(yōu)秀科普作品-圖文類）

海洋生物的微觀世界——海藻、蝦、螃蟹和貝殼的奇妙結(jié)構(gòu)！

海南大學(xué)南海海洋資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 委燕 曲煥然 李佳男 吳云娣

在遙遠(yuǎn)的海洋深處，有一個(gè)名叫米粒的小探險(xiǎn)家。米粒不是普通的孩子，他擁有一雙充滿好奇的眼睛和一顆渴望探索的心。有一天，米粒收到了一份神秘的禮物——一臺(tái)古老的顯微鏡。這臺(tái)顯微鏡似乎擁有魔法，能夠帶領(lǐng)使用者進(jìn)入一個(gè)未知的世界。米粒的好奇心被徹底點(diǎn)燃了，他決定用這臺(tái)顯微鏡去探索海洋中的微觀奇跡。

故事就這樣開始了，在一個(gè)陽光明媚的早晨，米粒帶著他的顯微鏡來到了海邊。他輕輕地將一片海藻、一只小蝦、一只螃蟹的爪子和一片貝殼放在顯微鏡下。透過鏡頭，米粒仿佛穿越到了一個(gè)神秘的微觀世界，那里充滿了驚喜和未知……

第一部分 顯微鏡大揭秘：我們的微觀世界探險(xiǎn)利器

嘿，小伙伴們，準(zhǔn)備好了嗎？讓我們一起跳上神奇的顯微鏡之旅，探索那些肉眼看不見的微小奇觀！

1.揭秘顯微鏡的魔法

想象一下，你手中拿著一個(gè)超級(jí)放大鏡，這就是顯微鏡的核心——物鏡。它緊貼著那些小到幾乎看不見的樣品，用它的多透鏡魔法，把光線變成一個(gè)超級(jí)聚焦的光束，讓微小的物體在我們的眼前變得清晰可見。然后，目鏡這位放大高手，將物鏡捕捉到的圖像再次放大，讓我們仿佛置身于微小的世界之中！

2.顯微鏡的超能力

你知道嗎？顯微鏡就像是一位超級(jí)英雄，它的放大能力驚人！一個(gè)10倍物鏡配上一個(gè)10倍目鏡，就能把物體放大100倍！是不是感覺像擁有了超能力？

3.顯微鏡的超級(jí)英雄任務(wù)

顯微鏡不僅是科學(xué)實(shí)驗(yàn)室的寵兒，它還在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著超級(jí)英雄的作用：

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它是醫(yī)生的得力助手，幫助診斷疾病。

在工業(yè)界，它是質(zhì)量監(jiān)督的守護(hù)者，確保每個(gè)產(chǎn)品都完美無瑕。

在學(xué)校，它是啟發(fā)學(xué)生好奇心的魔法師，帶我們走進(jìn)微觀世界的奇妙旅程。

4.顯微鏡家族的成員們

讓我們來認(rèn)識(shí)一下顯微鏡家族的不同成員吧：

（1）光學(xué)顯微鏡：這位是我們的日常觀察小能手，無論是細(xì)胞還是組織，它都能讓我們看個(gè)清楚，我們這次的探險(xiǎn)也會(huì)使用這位成員。

（2）電子顯微鏡：這位是家族中的高分辨率大師，它用電子束代替光束，帶我們探索納米級(jí)別的世界。

（3）掃描探針顯微鏡：這位是用細(xì)小探針觸碰微觀世界的探險(xiǎn)家。

（4）共聚焦顯微鏡：這位是深入樣品內(nèi)部，揭示三維結(jié)構(gòu)的偵探大師。

特別介紹：日本日立S-4800掃描電子顯微鏡

這次，我們的探險(xiǎn)將使用日立S-4800這位電子顯微鏡界的明星。掃描電子顯微鏡，簡稱SEM,是一種利用電子束掃描樣品表面，通過檢測(cè)樣品與電子束相互作用產(chǎn)生的信號(hào)來獲取樣品表面形貌和成分信息的高分辨率顯微鏡。它就像一位微觀世界的偵探，能夠揭示出肉眼無法觀察到的微觀結(jié)構(gòu)和秘密。我們使用到的S-4800更是一款高性能的掃描電子顯微鏡，能夠在高加速電壓下達(dá)到1.0nm的分辨率，廣泛應(yīng)用于材料科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體等多個(gè)領(lǐng)域，適合觀察樣品表面的細(xì)微形貌、斷口及內(nèi)部組織，配上X射線能譜儀，它可以對(duì)材料表面微區(qū)元素成分進(jìn)行定性和定量分析。

最后，讓我們?yōu)轱@微鏡的多樣性和它的超級(jí)能力鼓掌吧！無論是科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)診斷、工業(yè)制造還是教育學(xué)習(xí)，顯微鏡都是我們探索未知世界的最佳伙伴。讓我們一起感謝這位微觀世界的引路人，它讓我們的生活變得更加精彩！

第二部分 餐桌上的海洋奇跡——揭秘海藻、蝦、螃蟹與貝殼的獨(dú)特魅力

在我們即將啟程深入海洋微觀世界的探險(xiǎn)之前，先讓我們?yōu)檫@次旅程的“明星成員”一一揭幕（見圖1）。它們不僅是餐桌上的美味佳肴（見圖2），更是海洋中獨(dú)具特色的生物奇跡。海藻的斑斕色彩、蝦的靈巧身姿、螃蟹的巧妙生存策略以及貝殼的奇幻形態(tài)，每一樣都充滿了神秘與魅力。接下來，讓我們一一認(rèn)識(shí)這些海洋奇跡，為即將到來的顯微鏡下的探險(xiǎn)之旅做好鋪墊。

圖1本次探險(xiǎn)收集的海藻、蝦、螃蟹和貝殼

圖2 生活中餐桌上的海鮮美味

1. 揭秘海洋的綠色寶藏——海藻的奇妙世界

1.1什么是海藻？

在廣闊的海洋中，生活著一種神奇的植物性生物——海藻。它們不同于陸地上的植物，沒有明顯的根、莖、葉分化，而是以獨(dú)特的葉狀體、絲狀體等形態(tài)繁衍生息。海藻家族色彩斑斕，綠色、棕色、紅色、金色等各種顏色都有，這些顏色來源于它們體內(nèi)的不同色素。

海藻的分類主要有以下幾種：

（1）綠藻門（Chlorophyta）：這類海藻體內(nèi)含有葉綠素a和葉綠素b，常見的綠藻有石莼和裙帶菜。

（2）褐藻門（Phaeophyta）：褐藻含有葉綠素a、葉綠素c和墨角藻黃素，海帶和墨角藻就是褐藻的典型代表。

（3）紅藻門（Rhodophyta）：紅藻含有葉綠素a和藻紅蛋白，紫菜和珊瑚藻便是紅藻家族的成員。

1.2 海藻在海洋中的重要作用

1. 生態(tài)基石

海藻是海洋生態(tài)系統(tǒng)的基石，它們通過光合作用釋放氧氣，為海洋生物提供能量來源。同時(shí)，海藻還為許多海洋生物提供了棲息地和食物來源。

2. 營養(yǎng)循環(huán)

海藻具有吸收和儲(chǔ)存海水中的營養(yǎng)物質(zhì)（如氮、磷等）的能力。當(dāng)海藻死亡分解時(shí)，這些營養(yǎng)物質(zhì)又重新釋放回海洋，滋養(yǎng)其他生物的生長。

3. 水質(zhì)凈化

海藻具有吸附和去除海水中有害物質(zhì)的能力，如重金屬和營養(yǎng)鹽類。因此，它們?cè)诰S持海洋水質(zhì)清潔方面發(fā)揮著重要作用。

4. 氣候影響

海藻通過吸收二氧化碳，有助于減緩全球變暖，對(duì)地球氣候產(chǎn)生積極影響。

5. 經(jīng)濟(jì)價(jià)值

海藻在食品、醫(yī)藥、化妝品等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，為人類經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。

2. 海洋小精靈——蝦的特點(diǎn)與生態(tài)作用

蝦，這種我們常見的海洋生物，不僅味道鮮美，還在海洋生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要角色。下面讓我們簡單了解一下蝦的特點(diǎn)及其生態(tài)價(jià)值。

2.1蝦的特點(diǎn)

1.堅(jiān)硬外殼：蝦體外有硬殼保護(hù)，幫助它們?cè)诤５咨妗?/p>

2.靈活身體：頭胸部和腹部的設(shè)計(jì)使蝦能靈活移動(dòng)，尋找食物。

3.長觸須：蝦的觸須幫助它們感知環(huán)境，尋找食物。

4.性別區(qū)分：雌雄異體，繁殖時(shí)產(chǎn)卵和精子，維持種群多樣性。

5.變色能力：能根據(jù)環(huán)境改變顏色，用于偽裝或交流。

2.2蝦的生態(tài)作用

1.食物鏈關(guān)鍵：蝦是許多海洋動(dòng)物的食物，對(duì)食物鏈至關(guān)重要。

2.水質(zhì)維護(hù)：通過攝食浮游生物，幫助清潔水質(zhì)。

3.環(huán)境指示：蝦的健康狀況反映了海洋環(huán)境的狀態(tài)。

4.經(jīng)濟(jì)價(jià)值：蝦是重要的漁業(yè)資源，對(duì)經(jīng)濟(jì)有重大貢獻(xiàn)。

5.生態(tài)平衡：在食物鏈中，蝦幫助維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡。

簡而言之，蝦不僅是美味的海鮮，更是海洋生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的一部分。保護(hù)蝦類，就是保護(hù)海洋生態(tài)的多樣性和健康。

3. 海洋中的巧妙生存者——螃蟹的生活習(xí)性與適應(yīng)策略

在海洋的巖石縫隙和沙地中，螃蟹以其獨(dú)特的生活習(xí)性和適應(yīng)能力，成為了一個(gè)生存高手。以下是螃蟹如何適應(yīng)海洋環(huán)境的一些精彩揭秘。

3.1 螃蟹的生活習(xí)性

1.雜食而靈活：螃蟹不挑食，藻類、小魚、腐肉都是它們的美食，這使它們能在多種環(huán)境中生存。

2.夜幕下的獵人：它們偏愛夜間活動(dòng)，這時(shí)外出尋找食物和伴侶。

3.藏身高手：螃蟹善于藏匿，巖石下、洞穴中或沙子里都是它們的避難所。

4.繁殖與成長：雌蟹攜帶受精卵，有的在水中孵化，有的在沙灘上。螃蟹通過蛻殼不斷成長。

3.2 適應(yīng)海洋環(huán)境的策略

1.硬殼守護(hù)：堅(jiān)硬的甲殼是螃蟹的防護(hù)盾，抵御捕食者和其他威脅。

2.強(qiáng)有力的大鉗：螃蟹的鉗子是捕食和挖掘的利器，也是自我保護(hù)的武器。

3.敏銳的感官：移動(dòng)的眼睛和靈敏的觸須幫助螃蟹更好地探索和適應(yīng)環(huán)境。

4.潮汐的節(jié)奏：螃蟹適應(yīng)潮汐變化，潮間帶是它們覓食和活動(dòng)的舞臺(tái)。

5.水下呼吸者：通過鰓呼吸，螃蟹在水中游刃有余，部分種類還能在陸地上呼吸。

6.變色與偽裝：一些螃蟹能改變顏色，與環(huán)境融為一體，躲避天敵。

7.繁衍策略：廣泛散布幼體，確保種群在海洋中的生存和繁衍。

螃蟹的這些習(xí)性和適應(yīng)性，讓它們?cè)诤Ｑ笊鷳B(tài)系統(tǒng)中占據(jù)了重要的一席之地。

4. 海洋之寶——貝殼的形成、形態(tài)與色彩奧秘

在海洋的深處，軟體動(dòng)物披著由碳酸鈣打造的華麗外衣——貝殼。這些外衣是如何編織而成的呢？

4.1 貝殼的誕生

軟體動(dòng)物通過外套膜的分泌，不斷沉積碳酸鈣和其他物質(zhì)，逐漸形成貝殼。這個(gè)過程伴隨著它們的成長，貝殼也隨之增長，形成由多層晶體和有機(jī)物質(zhì)構(gòu)成的堅(jiān)固結(jié)構(gòu)。

4.2貝殼的形態(tài)

貝殼的形狀各異，展現(xiàn)了自然界的設(shè)計(jì)多樣性：

1.螺旋形：蝸牛和鮑魚的殼呈螺旋狀，便于在狹小空間中生存。

2.扇形：扇貝的殼像扇子一樣展開，方便海底移動(dòng)。

3.圓形：海螺的殼圓形，便于滾動(dòng)。

4.不規(guī)則形：牡蠣的殼緊貼巖石，形狀不規(guī)則。

4.3貝殼的色彩

貝殼的色彩斑斕，來源多樣：

1.色素：外套膜中的色素決定了一些貝殼的顏色。

2.礦物質(zhì)：鐵質(zhì)、銅質(zhì)等礦物質(zhì)影響貝殼顏色。

3.結(jié)構(gòu)色：微觀結(jié)構(gòu)使光線反射和折射，形成彩虹色或金屬光澤。

4.共生生物：藻類或細(xì)菌與貝殼共生，賦予其特殊顏色。

貝殼不僅是軟體動(dòng)物的庇護(hù)所，也是自然界多樣性和適應(yīng)性的杰作，為人類的藝術(shù)和科學(xué)帶來了無限靈感。

第三部分：探險(xiǎn)前夕——做好顯微鏡下的海洋觀察準(zhǔn)備

1. 海洋的禮物——揭秘我們的樣本來自何方

1.1 探索海洋的秘密：從超市貨架到深海探險(xiǎn)的奇妙之旅

1.1.1 海藻的超市奇遇

在繁忙的超市角落，我們與一群特殊的海洋使者——干制的紫菜、海帶和裙帶菜不期而遇。這些海藻不僅是廚房里的美味佳肴，更是我們科學(xué)探索的得力助手。它們將帶領(lǐng)我們從超市的貨架出發(fā)，踏上揭開海洋秘密的奇妙之旅。

1.1.2 貝殼的海鮮之旅

海鮮區(qū)里，我們精心挑選了文蛤（俗稱車螺）、波紋巴非蛤（俗稱花甲）和白貝（俗稱海白）。這些貝殼如同海洋的珍寶，靜靜躺在冰塊上，等待著被發(fā)現(xiàn)。它們將與我們一同踏上探索海洋生物多樣性的旅程，揭開它們的生命奧秘。

1.1.3 蝦蟹的深海歸來

漁業(yè)資源與環(huán)境課題組的科學(xué)家們從美麗的海南島周邊海域帶來了珍貴的蝦和螃蟹樣本（見圖3）。這些活潑的海洋小精靈，剛剛結(jié)束了一場(chǎng)深海之旅，滿載著南海的秘密，即將在我們的顯微鏡下綻放它們獨(dú)特的光彩。

圖3 科學(xué)家環(huán)海南島們采集蝦和螃蟹的情景

準(zhǔn)備好了嗎？系好你的探險(xiǎn)腰帶，讓我們一同揭開海藻的內(nèi)在世界，探索貝殼的生命奧秘，以及蝦蟹在海洋中的巧妙生存之道！

2. 準(zhǔn)備你的顯微鏡觀察樣本

嗨，小小科學(xué)家們！今天，我們將一起動(dòng)手打造一個(gè)專屬的海洋生物觀察盒，用顯微鏡揭開海藻、貝殼、蝦和螃蟹的神秘面紗。準(zhǔn)備好了嗎？讓我們開始這場(chǎng)濕漉漉又充滿驚喜的探險(xiǎn)之旅！

2.1 海藻剪影：微觀世界的小森林

首先，我們的目標(biāo)是那些常見的海藻類——干紫菜、干海帶和干裙帶菜。拿起你的小刷子，輕輕清洗它們表面的沙塵，再用紙巾輕輕吸干水分，就像給它們做了一次舒服的SPA。接著，拿起你的小剪刀，小心翼翼地剪下它們最平整的一面，這可是我們進(jìn)入微觀世界的鑰匙哦！

2.2 貝殼寶石：內(nèi)外兼修的藝術(shù)品

接下來，讓我們把目光轉(zhuǎn)向貝殼。挑選一塊光滑平整的小貝殼，輕輕剝開它的外殼，你會(huì)看到一個(gè)全新的世界，那是大自然雕刻的精細(xì)紋理，等待著你的顯微鏡去發(fā)現(xiàn)。

2.3 蝦蟹小劇場(chǎng)：微觀世界的戰(zhàn)斗英雄

現(xiàn)在，輪到我們的蝦蟹戰(zhàn)隊(duì)登場(chǎng)了！對(duì)于蝦，我們要收集它的堅(jiān)硬殼、靈活的觸角、銳利的爪和關(guān)節(jié)，這些都將是我們觀察的重點(diǎn)。而對(duì)于螃蟹，我們則關(guān)注它的殼、爪和那對(duì)強(qiáng)大的螯。想象一下，它們?cè)陲@微鏡下會(huì)如何演繹一場(chǎng)海底的戰(zhàn)斗劇呢？

2.4 光學(xué)顯微鏡和SEM樣品

現(xiàn)在，我們已經(jīng)準(zhǔn)備好了所有的樣本。對(duì)于光學(xué)顯微鏡，將所有的樣本（長度小于1㎝）用雙面膠粘在載玻片上面，并做好標(biāo)記，見圖4中的A圖。對(duì)于掃描電鏡，所有海藻和蝦、螃蟹和貝殼的樣本切取約 0.5 cm × 0.5 cm 大小用鑷子平貼于導(dǎo)電膠臺(tái)上，在離子濺射儀進(jìn)行噴金處理后（增加樣品導(dǎo)電性），于掃描電鏡下觀察表面結(jié)構(gòu)，見圖4中的B圖和C圖。每個(gè)樣本都像是海洋世界的一個(gè)小秘密，等待你去發(fā)現(xiàn)、去探索。調(diào)整好顯微鏡，讓我們一步步揭開這些海洋生物的秘密生活吧！

圖4 光學(xué)顯微鏡和掃描電子顯微鏡的樣本

第四部分 海藻、小蝦、螃蟹與貝殼的微觀真容大揭秘

1. 揭秘海洋的微觀奇跡：海藻的內(nèi)在世界

從超市購買的干制紫菜、裙帶菜和海帶，雖然已經(jīng)經(jīng)過加工和干燥處理，但在顯微鏡下仍然可以觀察到一些微觀結(jié)構(gòu)特征。

1.1干制紫菜的微觀之旅

將干制的紫菜（見圖5）置于顯微鏡下，米粒發(fā)現(xiàn)以下情況（見圖6）。

圖5生活中常見的干制紫菜

（1）整體外觀描述：干制紫菜的表面呈現(xiàn)出復(fù)雜多變、形態(tài)不規(guī)則的紋理結(jié)構(gòu)，由眾多相互連接的小單元構(gòu)成，形成了較大規(guī)模、類似波浪的圖案。

（2）不同放大倍數(shù)的觀察對(duì)比：

1）放大20倍（圖6左圖）：顯示的是較為粗糙且不均勻的結(jié)構(gòu)，可以看到許多小孔和不規(guī)則的形狀。這些孔隙或裂縫的顏色較深，可能是由于干燥過程中水分蒸發(fā)形成的。這些暗色的孔隙與周圍較淺的細(xì)胞組織形成了對(duì)比。

2）放大300倍（圖6右圖）：展示了更為細(xì)致的結(jié)構(gòu)，觀察到細(xì)小的纖維狀物質(zhì)和一些更小的顆粒。纖維狀物質(zhì)顏色較深，小顆粒可能是淡色或帶有色素沉著。

（3）顏色與反光特性：干制紫菜的表面呈現(xiàn)出一定的光澤度，這可能是由于干燥過程中的特定化學(xué)成分或物理性質(zhì)所導(dǎo)致。不同角度和強(qiáng)度的光線照射下，表面的亮度變化不一，增強(qiáng)了其三維立體感的視覺效果。

總結(jié)而言，干制紫菜的多孔、纖維狀結(jié)構(gòu)，以及深綠色或黑紫色的顏色特征，與它在宏觀上的薄而脆、色澤深沉的特點(diǎn)相吻合，有助于其在吸水時(shí)迅速膨脹，恢復(fù)柔軟質(zhì)地和鮮亮的綠色。

圖6 干制紫菜在光學(xué)顯微鏡（彩色圖）和掃描電子顯微鏡（灰度圖）下的形貌

1.2裙帶菜的微觀奇觀

將干制的裙帶菜（見圖7）置于顯微鏡下，米粒發(fā)現(xiàn)以下情況（見圖7）。

圖7生活中常見的干制裙帶菜

（1）整體外觀：干制裙帶菜的表面呈現(xiàn)出一種復(fù)雜的、不規(guī)則的紋理結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)由許多相互連接的小單元組成，這些小單元形成了較大的、波浪狀的圖案。

圖8干制裙帶菜在光學(xué)顯微鏡（彩色圖）和掃描電子顯微鏡（灰度圖）下的形貌

（2）放大倍數(shù)對(duì)比：

1）放大20倍（圖8左圖）：在較低的放大倍數(shù)下，可以觀察到粗糙的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，表面凹凸不平，某些區(qū)域密集程度較高。

2）放大2000倍（圖8右圖）：在較高的放大倍數(shù)下，結(jié)構(gòu)特征更為精細(xì)，顯示出復(fù)雜的三維形態(tài)，每個(gè)層次都有獨(dú)特的形狀和排列方式。

（3）顏色與反光：干制裙帶菜表面具有一定的光澤度，可能由干燥過程中的特定化學(xué)成分或物理特性所致。光線照射的角度和強(qiáng)度不同，導(dǎo)致表面亮度不一，反映出三維立體感。

1.3海帶的微觀之謎：海洋中的“森林”切片

最后，米粒將干制的海帶（見圖9）放置在顯微鏡下，探索這片海洋中的“森林”切片，米粒發(fā)現(xiàn)以下情況（見圖10）。

圖9生活中常見的干制海帶

（1）整體外觀

干制海帶以其濃郁的色彩，從深褐到墨綠，奪人眼球，細(xì)膩的褶皺仿佛在低聲訴說著它在海洋懷抱中緩緩生長的故事。每一道皺褶都銘記著海水的輕柔和海風(fēng)的細(xì)膩。其表面輕輕覆蓋著一層細(xì)小的鹽晶和沙粒，這些自然留下的印記，見證了海帶在陽光洗禮下晾曬，與自然環(huán)境的深情交融，賦予其一種未經(jīng)雕飾、純凈天然的美。

圖10干制海帶在光學(xué)顯微鏡（彩色圖）和掃描電子顯微鏡（灰度圖）下的形貌

（2）放大倍數(shù)對(duì)比

放大20倍（圖10左圖）：顯示了干制海帶表面的粗糙和不規(guī)則性，同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn)有一些凹凸不平的區(qū)域。海帶表面的鹽晶和沙粒也變得可見，它們像細(xì)小的亮點(diǎn)散布在海帶的表面上，這些是海帶在晾曬過程中從海水中吸收或沉積的。

放大2000倍（圖10右圖）：展示了細(xì)小的纖維狀物質(zhì)交織形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這些纖維可能是海帶細(xì)胞壁或蛋白質(zhì)纖維，同時(shí)結(jié)構(gòu)中散布著不規(guī)則形狀的物質(zhì)，可能是其他有機(jī)物或礦物質(zhì)。

（3）顏色與反光

干制海帶的表面具有一定的光澤度，這可能與干燥過程中的特定化學(xué)成分或物理特性有關(guān)。不同角度和強(qiáng)度的光線照射下，表面亮度的變化反映出其三維立體感。

2. 揭秘海洋的微觀奇跡：蝦的內(nèi)在世界與生存智慧

在廣袤的海洋之下，隱藏著一個(gè)充滿奇跡的微觀世界。今天，我們跟隨勇敢的顯微鏡探險(xiǎn)家米粒，一起深入蝦的內(nèi)在世界，探索這些小型海洋生物的生存智慧，選擇日本猛蝦蛄作為蝦的代表。在顯微鏡下觀察日本猛蝦蛄（Harpiosquilla japonica）的觸角、殼和爪子的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)以下特征（見圖11）。

2.1觸角的微觀結(jié)構(gòu)特征

（1）觸角是長而細(xì)的結(jié)構(gòu)，用于感知與搜尋食物。

（2）在高倍放大鏡下（如1000倍），可以看到觸角表面覆蓋著微小的感覺毛或纖毛，這些結(jié)構(gòu)幫助蝦蛄捕捉環(huán)境中的化學(xué)信號(hào)和機(jī)械刺激。

2.2殼的微觀結(jié)構(gòu)特征

（1）在低倍放大鏡下（如10倍），可以觀察到殼表面的紋理和顏色變化。

（2）高倍放大（如40倍或更高）則能顯示出更精細(xì)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，包括殼上的微小突起、凹陷以及可能的生長紋路等。

2.3爪子的微觀結(jié)構(gòu)特征

（1）在爪子的表面，尤其是在關(guān)節(jié)和尖端部分，分布著許多微小的剛毛。這些剛毛有助于增加摩擦力，提高抓握能力，同時(shí)也可能參與感知周圍環(huán)境。

（2）蝦的爪子由多個(gè)關(guān)節(jié)連接而成，每個(gè)關(guān)節(jié)都允許在一定范圍內(nèi)活動(dòng)。微觀上，這些關(guān)節(jié)區(qū)域具有復(fù)雜的連接結(jié)構(gòu)，允許靈活的運(yùn)動(dòng)。

通過這些微觀結(jié)構(gòu)的觀察，我們可以更好地理解日本猛蝦蛄的身體構(gòu)造及其生物學(xué)特性。

圖11日本猛蝦蛄在光學(xué)顯微鏡（彩色圖）和掃描電子顯微鏡（灰度圖）下的形貌

2.4蝦外殼的元素分布

通過SEM配置的X射線能譜儀分析，可以觀察到不同元素在蝦殼表面的分布情況，從而了解其結(jié)構(gòu)和組成的復(fù)雜性（見圖12）。

（1）C（碳）：紅色區(qū)域，有機(jī)物質(zhì)，維持結(jié)構(gòu)和柔韌性。

（2）Ca（鈣）：藍(lán)色區(qū)域，主要無機(jī)成分，提供硬度和保護(hù)。

（3）Mg（鎂）：黃色區(qū)域，主要在外層，增強(qiáng)硬度和穩(wěn)定性。

（4）N（氮）：紫色區(qū)域，與蛋白質(zhì)相關(guān)，影響彈性和修復(fù)。

（5）O（氧）：綠色區(qū)域，與鈣形成碳酸鈣，參與化學(xué)鍵合。

綜上所述，蝦殼主要由無機(jī)礦物質(zhì)如碳酸鈣以及有機(jī)物質(zhì)如蛋白質(zhì)等組成。

圖12日本猛蝦蛄外殼的元素分布

3. 海洋微觀探險(xiǎn)記：米粒探險(xiǎn)家揭秘螃蟹的生存密碼

在海洋的深處，螃蟹以其獨(dú)特的爪子和堅(jiān)固的殼，成為了海底世界的有力競爭者。今天，我們跟隨勇敢的顯微鏡探險(xiǎn)家米粒，選擇武士蟳（Charybdis japonica）作為螃蟹的代表，在顯微鏡下觀察武士蟳的鰲、殼和爪的微觀結(jié)構(gòu)時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)以下特征（見圖13）。

3.1螯的微觀結(jié)構(gòu)特征

（1）表面存在許多小孔，這些結(jié)構(gòu)有助于物質(zhì)交換，如氧氣和二氧化碳的交換，同時(shí)也可能是感覺器官的一部分。

（2）上面分布著細(xì)長的剛毛，度通常在幾十微米到幾百微米之間，形狀多樣，有的直，有的彎曲。這些剛毛增加了螯表面的粗糙度，有助于提高抓握力。

3.2殼的微觀結(jié)構(gòu)特征

（1）殼的表面相對(duì)平滑，但具有多層幾丁質(zhì)構(gòu)成的紋理。

（2）我們看到的螃蟹殼上的毛是剛毛，它們主要用于感覺環(huán)境、保護(hù)自己和偽裝。

（3）殼上有許多小孔，這些氣孔形狀規(guī)則，多為圓形或橢圓形，大小約在幾微米到幾十微米之間。氣孔用于氣體交換，允許氧氣進(jìn)入鰓室，同時(shí)排出二氧化碳。

圖13武士蟳在光學(xué)顯微鏡（彩色圖）和掃描電子顯微鏡（灰度圖）下的形貌

3.3爪的微觀結(jié)構(gòu)特征

（1）爪子的末端尖銳，適合精細(xì)操作。

（2）比螯小，但具有相似的鋸齒狀邊緣。

（3）爪子上也分布著剛毛，這些剛毛較螯上的更為密集，有助于提高爪子的感知能力和抓握力，長度通常在幾十微米左右。

（4）爪子上同樣存在氣孔，它們與殼上的氣孔相似，但數(shù)量較少，孔徑較小，同樣用于氣體交換。

這些微觀結(jié)構(gòu)的特征揭示了螃蟹如何適應(yīng)其生活環(huán)境，通過復(fù)雜的剛毛和氣孔系統(tǒng)來提高其生存能力。

3.4螃蟹殼的元素分布

螃蟹殼上的氣孔在顯微鏡下呈現(xiàn)出類似浩瀚星空的景象。通過SEM配置的X射線能譜儀分析，我們可以清晰地觀察到不同元素在蟹殼表面的分布情況，進(jìn)而深入了解其結(jié)構(gòu)和組成的復(fù)雜性（見圖14）。

（1）C（碳）：見紅色區(qū)域，主要分布在螃蟹殼的外層，這可能意味著外層含有更多的有機(jī)物質(zhì)，如甲殼素，它為螃蟹提供保護(hù)和結(jié)構(gòu)支持。

（2）Ca（鈣）：見藍(lán)色區(qū)域，分布在整個(gè)螃蟹殼上，但在內(nèi)側(cè)更為集中，呈藍(lán)色。鈣是形成碳酸鈣晶體的關(guān)鍵元素，而碳酸鈣賦予了螃蟹殼硬度、支持和保護(hù)功能。

（3）O（氧）：見綠色區(qū)域也遍布整個(gè)螃蟹殼，尤其在邊緣部分較多，呈綠色。氧可能與水的存在有關(guān)，因?yàn)樗肿又械臍浜脱跤兄诒３煮π窔さ撵`活性和強(qiáng)度。

總的來說，螃蟹殼由有機(jī)和無機(jī)成分組成，各自發(fā)揮著不同的作用：有機(jī)成分賦予柔軟性和初步防護(hù)，無機(jī)成分則貢獻(xiàn)了硬度和持久保護(hù)。

圖14武士蟳外殼的元素分布

4. 米粒探險(xiǎn)家的海洋奇遇：揭秘貝殼的層狀結(jié)構(gòu)與色彩之謎

在廣袤無垠的藍(lán)色海洋中，有一位勇敢的小探險(xiǎn)家，名叫米粒。米粒不滿足于在陸地上探索，他將目光投向了深邃的海洋，那里有無數(shù)的秘密等待著他去發(fā)現(xiàn)。今天，我們選擇日常生活中常見的花甲，學(xué)名為波紋巴非蛤（Paphia undulata）作為代表，通過顯微鏡揭開貝殼那層狀結(jié)構(gòu)與五彩斑斕色彩的神秘面紗，見圖15和圖16。

圖15 波紋巴非蛤（花甲）在光學(xué)顯微鏡（彩色圖）和掃描電子顯微鏡（灰度圖）下的形貌

4.1角質(zhì)層（貝殼外層）

（1）低倍率（10x 和 20x）

1）顏色：通常呈現(xiàn)為淡黃色或棕色，20x時(shí)顏色可能更深，細(xì)節(jié)更加明顯。

2）結(jié)構(gòu)與形狀：表面相對(duì)粗糙，有明顯的層狀結(jié)構(gòu)，觀察到不規(guī)則的突起和小顆粒，這些顆粒可能呈現(xiàn)圓形、橢圓形或不規(guī)則形狀。在10x時(shí)，顆粒大小大約在100μm左右；在20x時(shí)，顆粒更加清晰，大小約為50μm，表面紋理呈現(xiàn)波浪狀或交錯(cuò)排列。

（2）高倍率（30x和100x）

顏色：顏色可能更加飽和，細(xì)節(jié)更加突出。

結(jié)構(gòu)與形狀：在30x下，可以看到更細(xì)小的紋理和層狀結(jié)構(gòu)；在100x下，結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜，呈現(xiàn)出交織的纖維狀或薄片狀，顆粒和紋理呈現(xiàn)出更加精細(xì)的幾何形狀，如多邊形或細(xì)長的線條，大小分別約為500μm和100μm。

（3）極高倍率（10000x和20000x）

顏色：在這些超高倍率下，角質(zhì)層的顏色呈現(xiàn)出深淺不一的色調(diào)，反映了不同成分的分布和密度。

結(jié)構(gòu)與形狀：微觀結(jié)構(gòu)特征尺寸分別約為0.5μm和更細(xì)微的0.2μm或更小，呈現(xiàn)出層次分明的結(jié)構(gòu)?？锥础Ⅰ薨櫤图?xì)微裂縫等納米級(jí)別的細(xì)節(jié)清晰可見，形成了不規(guī)則的多邊形、圓形或其他復(fù)雜形狀，從細(xì)小的顆粒到纖細(xì)的纖維，這些結(jié)構(gòu)的長度和寬度分別可達(dá)幾微米到幾十微米不等。

4.2珍珠層（貝殼內(nèi)層）

（1）低倍率（10x）

顏色：通常為白色或帶有光澤的銀色。

結(jié)構(gòu)與形狀：表面較為平滑且具有光澤，可能觀察到較大的圓形或不規(guī)則的斑點(diǎn)，這些斑點(diǎn)代表珍珠質(zhì)的沉積區(qū)域，其大小大約在100μm左右。

（2）極高倍率（10000x和20000x）

顏色：在高倍率下，顏色趨于單一，但可能因光學(xué)效應(yīng)出現(xiàn)色彩變化。

結(jié)構(gòu)與形狀：呈現(xiàn)出非常精細(xì)且有序排列的晶體結(jié)構(gòu)，晶體形狀多為六邊形或其他規(guī)則的幾何形狀，這是珍珠質(zhì)特有的晶體排列方式。這些微小的晶體狀結(jié)構(gòu)和緊密排列的小單元，大小分別大約在5μm和2μm左右，共同構(gòu)成了珍珠層特有的微觀形態(tài)。

圖16 波紋巴非蛤（花甲）外層的元素分布

4.3角質(zhì)層（外層）的元素分布

通過SEM配置的X射線能譜儀分析，我們可以清晰地觀察到不同元素在波紋巴非蛤（花甲）外層的分布情況，見圖16。

（1）Ca（鈣）：見藍(lán)色區(qū)域，分布在整個(gè)貝殼的外層上，這符合貝殼主要由碳酸鈣組成的特性。

（2）C（碳）：見紅色區(qū)域，碳元素可能來自于有機(jī)質(zhì)或生物組織殘留物。

（3）Na（鈉）：見紫色區(qū)域，鈉元素也可能來源于貝殼中的雜質(zhì)或是周圍環(huán)境的影響。

（4）O （氧）：見綠色區(qū)域，氧元素是構(gòu)成水分子的重要部分，因此其分布可能與貝殼內(nèi)部的水分含量有關(guān)。

（5）Mg （鎂）：見藍(lán)色區(qū)域，相對(duì)其他元素較少，增強(qiáng)貝殼外層的硬度和穩(wěn)定性。

第五部分 觀察成果匯總——顯微鏡下海洋生物的奇妙發(fā)現(xiàn)通

過顯微鏡，我們窺探到了一個(gè)充滿奧秘的微觀世界，發(fā)現(xiàn)了海洋生物們不為人知的結(jié)構(gòu)和功能：

1.在顯微鏡的鏡頭下，干制紫菜、裙帶菜和海帶展現(xiàn)了它們獨(dú)特的生存智慧：

（1）干制紫菜：其表面呈現(xiàn)出由小單元構(gòu)成的波浪狀圖案，粗糙而不均勻，充滿深色孔隙和纖維狀物質(zhì)。這些結(jié)構(gòu)不僅是在干燥過程中的產(chǎn)物，也是其迅速吸水膨脹、恢復(fù)活力的關(guān)鍵。

（2）裙帶菜：擁有復(fù)雜的不規(guī)則紋理，小單元相互連接，形成凹凸不平的表面。在高倍顯微鏡下，其三維形態(tài)和層次感更加明顯，展現(xiàn)了其精細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（3）海帶：多孔且疏松的表面，波浪狀圖案由小單元構(gòu)成。在高倍顯微鏡下，纖維狀物質(zhì)交織成網(wǎng)絡(luò)，不規(guī)則形狀的物質(zhì)散布其間，揭示了其獨(dú)特的生存策略。

2.日本猛蝦蛄的微觀結(jié)構(gòu)揭示了其生存智慧的精巧設(shè)計(jì)：

觸角長而細(xì)，表面密布感覺毛或纖毛，用于感知和搜尋食物；殼在顯微鏡下展現(xiàn)出紋理和顏色變化，微小突起和生長紋路體現(xiàn)了其復(fù)雜結(jié)構(gòu)；爪子由多個(gè)節(jié)段構(gòu)成，具有精細(xì)的鉤狀抓握結(jié)構(gòu)。蝦殼由碳、鈣、鎂、氮和氧等元素組成，這些元素共同作用，維持柔韌性、提供硬度、增強(qiáng)穩(wěn)定性，并影響彈性和化學(xué)鍵合，從而揭示了日本猛蝦蛄的身體構(gòu)造和生物學(xué)特性。

3. 螃蟹的微觀結(jié)構(gòu)揭示了其適應(yīng)海底生活的獨(dú)特特征：

螯部表面鋒利且有剛毛，增加抓握力；殼多層幾丁質(zhì)紋理，表面剛毛用于感知和保護(hù)，小孔用于氣體交換；爪子尖銳，鋸齒狀邊緣，剛毛密集，提高感知和抓握能力。蟹殼由有機(jī)和無機(jī)成分組成，外層富含碳，內(nèi)層鈣集中，氧元素遍布，共同賦予殼硬度、靈活性和保護(hù)功能。

4.貝殼的微觀結(jié)構(gòu)揭示了其獨(dú)特的層狀構(gòu)造和色彩之謎：

波紋巴非蛤的微觀結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為角質(zhì)層（外層）粗糙、層狀，含有不規(guī)則顆粒和納米級(jí)孔洞，顏色隨倍率增加而飽和，而珍珠層（內(nèi)層）平滑、有光澤，具有精細(xì)的六邊形晶體結(jié)構(gòu)；元素分布顯示Ca主導(dǎo)，輔以C、Na、O和少量Mg，共同構(gòu)成其獨(dú)特的硬度和穩(wěn)定性。

第六部分 啟發(fā)思考——鼓勵(lì)孩子們繼續(xù)探索自然世界，保持好奇心

通過這次顯微鏡下的海洋生物探險(xiǎn)，我們不僅窺探到了一個(gè)充滿奧秘的微觀世界，還發(fā)現(xiàn)了海洋生物們不為人知的結(jié)構(gòu)和功能。干制海藻、蝦、螃蟹和貝殼的微觀結(jié)構(gòu)揭示了它們獨(dú)特的生存智慧，這些結(jié)構(gòu)不僅幫助它們?cè)诤Ｑ笾猩?，還展示了自然界的設(shè)計(jì)多樣性。通過觀察和分析這些微觀結(jié)構(gòu)，我們能夠更好地理解海洋生物的生物學(xué)特性，并在科學(xué)研究中得到啟示。

這次探險(xiǎn)之旅讓我們認(rèn)識(shí)到，海洋生物的結(jié)構(gòu)和功能與它們的生活環(huán)境密切相關(guān)。海藻的多孔性結(jié)構(gòu)有助于保持干燥狀態(tài)，蝦的觸角和殼提供了保護(hù)和抓握能力，螃蟹的螯和殼則展現(xiàn)了其強(qiáng)大的生存策略。這些微觀結(jié)構(gòu)的特征不僅在外觀上引人注目，而且在生物學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域具有重要的研究價(jià)值。

此外，這次探險(xiǎn)也讓我們意識(shí)到，保護(hù)海洋生物和生態(tài)環(huán)境的重要性。海洋生物在維持生態(tài)平衡、促進(jìn)營養(yǎng)循環(huán)、凈化水質(zhì)、調(diào)節(jié)氣候等方面發(fā)揮著重要作用。因此，我們應(yīng)該更加關(guān)注海洋環(huán)境保護(hù)，確保海洋生物的生存環(huán)境。

最后，這次探險(xiǎn)之旅激發(fā)了我們探索自然世界的好奇心。好奇心是人類進(jìn)步的源泉，它推動(dòng)我們不斷探索未知的世界，發(fā)現(xiàn)更多大自然的奧秘。希望孩子們能夠保持這份好奇心，繼續(xù)探索未知的世界，發(fā)現(xiàn)更多大自然的奧秘。同時(shí)，我們也應(yīng)該鼓勵(lì)孩子們參與到科學(xué)探索中來，培養(yǎng)他們的觀察力、想象力和創(chuàng)造力，為未來的科學(xué)研究和科技創(chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

委燕 曲煥然 李佳男 吳云娣

南海海洋資源利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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