“一起向自然”生物多样性科普系列 | 认识海星

“一起向自然”生物多样性

科普系列

人与自然是生命共同体。我们与自然界的其他生物共同生活在这颗蓝色星球。在人类历史发展的长河中，我们与自然历经了从信赖利用到试图征服、到自觉保护的不同阶段，在生态文明日益发展的当下，对自然的保护更是我们每个人应尽的责任和义务。

您是否曾为路边盛开的鲜花驻足？您是否曾为一个物种的灭绝惋惜？在钢筋水泥的城市中生活，您是否曾怀念在自然环境中那份静谧？

“一起向自然”生物多样性科普系列将通过一个个物种的介绍，带您认识生物界，从单细胞到多细胞、从简单到复杂、从低等到高等、从水生到陆生，遵循生物进化的规律，让我们“一起向自然”。

「READING」

走进棘皮动物

棘皮动物在无脊椎动物进化中具有十分重要的地位。它们广泛分布于从浅海到数千米的深海，现存种类7000多种，化石种类多达20000多种，其中有5个纲已完全灭绝。尽管不同类群的棘皮动物在外形上差异很大，但从解剖学和系统发生学看, 它们有着相同的基本特征：幼体两侧对称，成体多为辐射对称；具独特的水管系统；体中有与消化道分离的真体腔, 体壁有来源于中胚层的内骨骼；口从胚孔的相对端发生, 属后口动物。棘皮动物的骨骼很发达，由许多分开的碳酸钙骨板构成。骨骼外包表皮，皮上一般带棘。根据棘皮动物的体形、有无柄和腕、步带沟开放或封闭，以及管足的排列等，可将其分为2个亚门、5个纲，即有柄亚门下的海百合纲，游走亚门下的海星纲、蛇尾纲、海胆纲和海参纲。

在海洋生态系统内，棘皮动物在某些底栖动物群落中常为优势种。同时也是海洋动物地理学研究中很好的指标种。棘皮动物化石种类甚多，在地质学上占有一定地位。它们还具有重要生态价值：某些吞食性种类能够大量搬运腐败物质，减少海底微生物的活动，某些蛇尾类常是底栖鱼类的饵料……作为海洋生态系统不可或缺的一环，棘皮动物至今仍活跃于海底世界，以其造型独特的身影，丰富着这片浩瀚无垠的蓝色汪洋。

海 星✦

拉丁学名：Asteroidea

分类地位：棘皮动物门 游走亚门 海星纲

Vol.1 海星的简介

“是谁住在深海的大菠萝里？”

熟悉的旋律响起，相信不少读者眼前已经出现了这样的画面：穿着工装短裤的黄色方块海绵大笑着挥动手中的水母网，奔跑着跃出海洋生物的小镇，在海草丛林中追逐着优雅漂浮的水母……很遗憾，长大成人的我们都知道，真正的海底世界中不会有菠萝外形、家具齐全的房子，不会有能说人话甚至做汉堡的海绵，也不会有各种生物其乐融融相处一隅的比奇堡……但是等一下，先别急着失望，如果我说，这部动画片中还是有相当写实的成分呢？让我们稍稍将画面倒带，注意菠萝屋左侧那块巨大的半球形石头，和从中跑出的粉色家伙了吗？这个呆头呆脑、名叫“派大星”的卡通形象，就来源于我们今天故事的主角——海星。而那块巨大的、深埋白沙中的石头，则是许多海星栖息环境的真实写照。

作为棘皮动物门的标志性成员之一，海星类广布世界各海域，对各类海洋环境都具有一定适应力。虽然它们外表憨态可掬、温和无害，似乎还有些行动迟缓，但却曾以“死神”之名，让海洋生态系统中的另一类动物闻风丧胆，令许多靠海为生的渔民头痛不已。

动画中的派大星与现实世界的“派大星”

来源：wikipedia

Vol.2 外形特征

海星是棘皮动物门游走亚门海星纲千余物种的统称。它们身体扁平，多呈星形。全身由许多钙质骨板借结缔组织结合而成，也就是说，海星的骨骼是由许多分离的不同形状的小骨片在结缔组织的连接下形成的网格状骨骼。这些小骨片上有穿孔，既可减轻重量，又可增加强度。每个小骨片是由真皮中一个细胞先分泌一个晶体，围绕晶体再由周围的细胞分泌及积累钙盐形成，因此骨片可随动物的生长而增大。骨片的大小、形状及网格的排列都决定于真皮细胞的结构与排列。除此之外，海星的体表还有突出的棘或刺，它们也属于骨骼成分，用来防卫及消除体表的沉积物。还有些海星具有瘤或疣等附属物，也有些种类体表光滑。

海星体表的刺状结构

来源：wikipedia

海星通常有五个腕，但有些种类也有更少或更多的腕，中美的菊海星属（Heliaster）腕甚至多达50条。由于海星的腕呈辐射状，因此身体没有前后之分，随时都能朝任一方向移动。

具有很多腕的菊海星属（Heliaster）

外表类似拖把头

来源：flickr.com

海星的嘴在其身体下侧中部，可与海星爬过的物体表面直接接触。具有口的一面被称为口面，另一面则被称为反口面。口面从口到各腕的末端伸出一条很宽的沟，叫做步带沟（它的用处我们随后介绍），步带沟两侧边缘有可动的长棘，可随时关闭及保护步带沟。

海星的口面

来源：wikipedia

由于海星全身覆盖坚硬骨板，腕的活动会受到限制，只能缓缓弯曲。因此它们的行动主要依靠水管系统。水管系统是棘皮动物特有的一个管状系统，在步带沟内通常生有几列带吸盘的管足，这些管足柔软又富有弹性，能够来回摆动和抓吸物体，管足基部具有指状液囊，其中充满液体并与全身相通。在水管系统的支持下，海星能通过神经系统控制肌肉局部收缩，管足在液压作用下可支撑和移动身体。

海星的管足

来源：wikipedia

和动画角色派大星不同，真实世界的海星没有明显的眼部结构。由于身体辐射对称，似乎也很难判断究竟哪里是头部。实际上，海星的眼睛取决于它们的腕数目，在它们的腕末端具一丛触手，下方有一个红色眼点，那就是它们眼睛的位置。而海星的头部也曾是科学界争论不休的难题，直到2023年的一项研究发现，从基因表达上看，海星全身几乎都属于头部范围，反而没有任何躯干结构。因此，它们实际上是一只长有许多眼睛的、在海底乱窜的脑袋。

海星的眼点（图中红色点状结构）

来源：Marie Helene Birk/University of Copenhagen

Vol.3 生活习性与生活环境

海星广泛分布于世界各个海域，在中国渤海、黄海等沿岸都能见到其身影。它们喜欢群居，常栖息在有沙、岩石或珊瑚的海底。

趴在珊瑚上的蓝指海星Linckia laevigata

很有派大星即视感

来源：Colin Marshall / FLPA

虽然海星们大多看起来慵懒随性，很少移动，但必要时，它们的速度可绝对算不上慢，在管足的帮助下，某些海星甚至相当迅捷（以它们的速度看），但这种移动方式在人类看来可能会有些不适。

利用管足移动的海星

来源：YouTube

由于海星大多行动相对缓慢，因此为了抵御天敌，它们会采用多种不同策略。除了坚韧的骨骼网络外，海星可以分泌一种叫做海星皂苷的白色物质，这是它们的次级代谢产物，具有防御性质，在遇到敌害时可喷射以驱赶捕食者。同时，当被捕食者捉住时，海星还会自断腕足，留在原地给捕食者食用以拖延时间，自己趁机跑掉。

断肢的海星 来源：YouTube

海星具有很强的再生能力，腕足脱落后很快就能恢复。有些海星甚至可以从一只腕足上生长出完整的海星。

海星的一只腕足可以长出完整的身体

来源：stock.adobe.com

再生过程中偶尔也会出现多长出肢体的情况

来源：alamy.com

海星类都是肉食性动物，可以取食各种无脊椎动物，它们的食物来源主要是贝类、海胆、螃蟹和海葵等行动较为缓慢的海洋生物，甚至也包括珊瑚，有些海星还可以捕食鱼类。它们的取食方式视种类和习性略有不同。大多数海星类具长可弯曲的腕，管足上具吸盘，多以双壳类（如贝类）为食，取食时身体位于贝壳上，以两腕在贝壳两侧吸着，由于管足末端吸盘的真空作用，其拉力足以拉开双壳类的壳口，之后立刻翻出贲门胃插入壳口内，并分泌消化酶，直到闭壳肌及内脏部分地被消化，贝壳完全张开，再用胃包围吞下食物一同进入口内。

捕食双壳类的海星

来源：YouTube / vancouver aquarium

而一些具短腕、管足上无吸盘的种类，由于无法将胃翻出来包裹食物，取食时通常整个将食物吞下，在胃内进行消化；

捕食小鱼的海星 来源：wikipedia

Vol.4 繁殖方式

海星雌雄异体，依靠体外受精繁殖后代。它们的产卵及受精均在海水中进行。在繁殖过程中，雌雄海星会将大量的卵子和精子释放到海水中，受精卵会形成类似透明胶囊的胚胎，逐渐发育出消化管和口，以吞食海水中的浮游植物等为生。之后逐渐长出触手状突起，在腹部形成石灰质骨骼，依靠其重量沉入海底，取食石灰藻以构筑全身骨骼。

棘冠海星幼体成长过程 白色箭头所示为受精卵

来源：eatlas.org.au

仔细观察上图不难发现，海星幼体的形态与成年海星大相径庭。这是因为海星在成长过程中存在变态发育，当海星幼体固着在海底后，前端前口叶会特化成固着柄，而后端部分则逐渐形成成体结构，随后脱落。因此也可以说，海星的成长过程是直接从幼体上长出一个成体。

海星幼体（黄色为后端部分，逐渐形成成体并脱落）

来源：wikipedia

Vol.5 白色森林的死神

在遥远的澳大利亚，有一座世界最大规模的珊瑚礁生态系统——大堡礁。它纵贯于澳大利亚的东北沿海昆士兰州，北从托雷斯海峡，南到南回归线以南，绵延伸展2011公里，最宽处可达161公里。大堡礁由2900个大小珊瑚礁岛组成，是地球上最特殊的自然景观之一。曾经，那里海水蔚蓝、鱼群游弋，连绵不断、千姿百态的珊瑚在水下摇曳生姿，吸引了世界各地的无数游客。然而，在21世纪初的20年间，大堡礁已悄然失去了约半数健康珊瑚，造成这一局面的罪魁祸首之一，便是海星家族中的棘冠海星。

大堡礁 来源：wikipedia

棘冠海星是长棘海星科长棘海星属的动物，其中文名为英文名Crown-of-Thorns Starfish的直译，因其生有长长的棘刺得名。它是一种大型海星，在食物充足时，成体可达25-35cm，最大甚至能超过70cm。棘冠海星的腕足一般有13-15个，最多时可达21个。它们棘刺尖锐，表面还具有蛋白质毒素，结合淡米色、橙色、红色和较少见的紫色体色，看起来相当危险。

棘冠海星成体 来源：wikipedia

棘冠海星喜食珊瑚，它们可以消化珊瑚组织肉质部分，留下石灰质的白色骨骼。虽然单只海星食量有限，且在幼年期天敌众多，存活率较低，不会产生太大威胁，但麻烦在于，大堡礁的珊瑚群遭遇的，是一场棘冠海星的大爆发。

珊瑚是由珊瑚虫分泌的石灰质骨骼聚结而成的物质

其颜色主要来自和珊瑚虫共栖的有色藻类

来源：wikipedia

当棘冠海星大量存在时，会以十到数十只聚集在一起，以蝗虫过境之势大量取食珊瑚，平均一只棘冠海星一天要吃掉约二平方公尺的珊瑚。它们的食谱包括石珊瑚、细枝珊瑚属、鹿角珊瑚、牡丹珊瑚和滨珊瑚属等多种珊瑚，其中不乏一些生长较为缓慢的种类，即使部分珊瑚不会被全部啃食，也会因残缺后遭受细菌感染而死。数百万只棘冠海星在几天内就能吃光一大片珊瑚，留下惨白的石灰质骨骼，状如海底的苍白尸骨森林。

蚕食珊瑚的棘冠海星 来源：wikipedia

更可怕的是，面对棘冠海星的爆发，人类能采取的措施非常有限，目前最好的方法仅有“雇佣潜水员人工网捞”和“重硫酸苏打注射杀死”，但这些措施不但要花费大量人力与金钱，也根本无法有效阻止棘冠海星对珊瑚群的破坏。为了从根源解决这一问题，近年来，研究者也针对棘冠海星爆发的原因进行了不断探索，目前的主流观点认为是由多种因素结合导致，自然因素包括棘冠海星具有强大的产卵能力，如果环境条件适宜，海星幼体生存率高则容易爆发，人为因素包括人类大量捕获棘冠海星天敌（这部分已在法螺的相关推送中介绍）和经济发展导致沿岸海水富营养化，丰富的食物供给提高了海星幼体存活率，导致爆发等等。无论如何，在目前全球气候变暖的背景下，若大堡礁中的成体棘冠海星数量无法有效控制，脆弱的珊瑚群将遭受灭顶之灾。

法螺捕食棘冠海星 来源：YouTube

海星的危害还不止如此。自2006年以来，中国北方沿海地区突发大量海星，它们摄食鲍鱼、菲律宾蛤仔、扇贝等养殖经济贝类，给贝类养殖业造成巨大的经济损失。仅2006年胶南地区因海星灾害就导致鲍鱼养殖损失达4000余万元，养殖渔民损失惨重。

被捕捞的海星 来源：搜狐网

作为生活在地球上的众多成员之一，人类是生态系统中的一份子，与其他生物共享一片蓝天，亦彼此关联，休戚与共。作为大海中无数普通生物之一，海星原本也是食物链中最普通的一个环节，与珊瑚、贝类等食物和法螺、珊瑚蟹等天敌共同维系着生态系统的正常运转，还在海洋碳循环中起着重要作用。被冠以“死神”之名，游走于珊瑚枯骨，也并非它们本意，毕竟，一旦珊瑚礁成为死亡的荒漠，赖以生存的棘冠海星无疑也将走向绝路。棘冠海星的爆发或许的确属于自然周期的规律之一，但其背后也有填海建港、污水乱排、过度捕捞等人祸的影响，此外，研究表明，温室气体排放导致的海水酸化会导致棘皮生物无法形成牢固的含钙外骨骼，它们同样是生态破坏的受害者之一，而身为人类的我们对此无疑负有难以推卸的过错与责任。人与自然是不可分割的整体，维护生物多样性从来不是嘴上说说的口号，而是事关人类未来的重要使命。因此，为了这颗孕育了无数生命的美丽星球能够长久闪耀于宇宙，让我们共同努力，一起向自然。

海星也是生态系统的重要组成部分

来源：wikipedia

参考资料

[1] Formery, L., Peluso, P., Kohnle, I. et al. Molecular evidence of anteroposterior patterning in adult echinoderms. Nature 623, 555–561 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06669-2.

[2] Petie, Ronald, Hall, Michael R., Hyldahl, Mia, et al. Visual orientation by the crown-of-thorns starfish (Acanthaster planci)[J]. Coral reefs: journal of the International Society for Reef Studies,2016,35(4):1139-1150. DOI:10.1007/s00338-016-1478-0.

[3] Sven Uthicke, Morgan S. Pratchett, Omri Bronstein, et al. The crown-of-thorns seastar species complex: knowledge on the biology and ecology of five corallivorous Acanthaster species[J]. Marine Biology: International Journal on Life in Oceans and Coastal Waters,2024,171(1):559-582. DOI:10.1007/s00227-023-04355-5.

[4]肖宁. 中国海域角海星科和棘海星科分类及地理分布特点[D]. 中国科学院大学,2012.

[5]曹琴. 海盘车的药用价值和营养价值研究[J]. 中外医疗,2008,27(9):71-71. DOI:10.3969/j.issn.1674-0742.2008.09.060.