（海南大學“科普中國高校行”優秀科普作品-圖文類）

海洋生物的微觀世界——海藻、蝦、螃蟹和貝殼的奇妙結構！

海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室 委燕 曲煥然 李佳男 吳云娣

在遙遠的海洋深處，有一個名叫米粒的小探險家。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——一臺古老的顯微鏡。這臺顯微鏡似乎擁有魔法，能夠帶領使用者進入一個未知的世界。米粒的好奇心被徹底點燃了，他決定用這臺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利器

嘿，小伙伴們，準備好了嗎？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，你手中拿著一個超級放大鏡，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，把光線變成一個超級聚焦的光束，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英雄，它的放大能力驚人！一個10倍物鏡配上一個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.顯微鏡的超級英雄任務

顯微鏡不僅是科學實驗室的寵兒，它還在各個領域發揮著超級英雄的作用：

在醫學領域，它是醫生的得力助手，幫助診斷疾病。

在工業界，它是質量監督的守護者，確保每個產品都完美無瑕。

在學校，它是啟發學生好奇心的魔法師，帶我們走進微觀世界的奇妙旅程。

4.顯微鏡家族的成員們

讓我們來認識一下顯微鏡家族的不同成員吧：

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

（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，帶我們探索納米級別的世界。

（3）掃描探針顯微鏡：這位是用細小探針觸碰微觀世界的探險家。

（4）共聚焦顯微鏡：這位是深入樣品內部，揭示三維結構的偵探大師。

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，通過檢測樣品與電子束相互作用產生的信號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構和秘密。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到1.0nm的分辨率，廣泛應用于材料科學、生物醫學、半導體等多個領域，適合觀察樣品表面的細微形貌、斷口及內部組織，配上X射線能譜儀，它可以對材料表面微區元素成分進行定性和定量分析。

最后，讓我們為顯微鏡的多樣性和它的超級能力鼓掌吧！無論是科學研究、醫學診斷、工業制造還是教育學習，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、螃蟹與貝殼的獨特魅力

在我們即將啟程深入海洋微觀世界的探險之前，先讓我們為這次旅程的“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，每一樣都充滿了神秘與魅力。接下來，讓我們一一認識這些海洋奇跡，為即將到來的顯微鏡下的探險之旅做好鋪墊。

圖1本次探險收集的海藻、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，而是以獨特的葉狀體、絲狀體等形態繁衍生息。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. 生態基石

海藻是海洋生態系統的基石，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，海藻還為許多海洋生物提供了棲息地和食物來源。

2. 營養循環

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

3. 水質凈化

海藻具有吸附和去除海水中有害物質的能力，如重金屬和營養鹽類。因此，它們在維持海洋水質清潔方面發揮著重要作用。

4. 氣候影響

海藻通過吸收二氧化碳，有助于減緩全球變暖，對地球氣候產生積極影響。

5. 經濟價值

海藻在食品、醫藥、化妝品等領域具有廣泛的應用價值，為人類經濟發展做出了重要貢獻。

2. 海洋小精靈——蝦的特點與生態作用

蝦，這種我們常見的海洋生物，不僅味道鮮美，還在海洋生態系統中扮演著重要角色。下面讓我們簡單了解一下蝦的特點及其生態價值。

2.1蝦的特點

1.堅硬外殼：蝦體外有硬殼保護，幫助它們在海底生存。

2.靈活身體：頭胸部和腹部的設計使蝦能靈活移動，尋找食物。

3.長觸須：蝦的觸須幫助它們感知環境，尋找食物。

4.性別區分：雌雄異體，繁殖時產卵和精子，維持種群多樣性。

5.變色能力：能根據環境改變顏色，用于偽裝或交流。

2.2蝦的生態作用

1.食物鏈關鍵：蝦是許多海洋動物的食物，對食物鏈至關重要。

2.水質維護：通過攝食浮游生物，幫助清潔水質。

3.環境指示：蝦的健康狀況反映了海洋環境的狀態。

4.經濟價值：蝦是重要的漁業資源，對經濟有重大貢獻。

5.生態平衡：在食物鏈中，蝦幫助維持生態系統的平衡。

簡而言之，蝦不僅是美味的海鮮，更是海洋生態系統中不可或缺的一部分。保護蝦類，就是保護海洋生態的多樣性和健康。

3. 海洋中的巧妙生存者——螃蟹的生活習性與適應策略

在海洋的巖石縫隙和沙地中，螃蟹以其獨特的生活習性和適應能力，成為了一個生存高手。以下是螃蟹如何適應海洋環境的一些精彩揭秘。

3.1 螃蟹的生活習性

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境中生存。

2.夜幕下的獵人：它們偏愛夜間活動，這時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 適應海洋環境的策略

1.硬殼守護：堅硬的甲殼是螃蟹的防護盾，抵御捕食者和其他威脅。

2.強有力的大鉗：螃蟹的鉗子是捕食和挖掘的利器，也是自我保護的武器。

3.敏銳的感官：移動的眼睛和靈敏的觸須幫助螃蟹更好地探索和適應環境。

4.潮汐的節奏：螃蟹適應潮汐變化，潮間帶是它們覓食和活動的舞臺。

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。

螃蟹的這些習性和適應性，讓它們在海洋生態系統中占據了重要的一席之地。

4. 海洋之寶——貝殼的形成、形態與色彩奧秘

在海洋的深處，軟體動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

軟體動物通過外套膜的分泌，不斷沉積碳酸鈣和其他物質，逐漸形成貝殼。這個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物質構成的堅固結構。

4.2貝殼的形態

貝殼的形狀各異，展現了自然界的設計多樣性：

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。

3.圓形：海螺的殼圓形，便于滾動。

4.不規則形：牡蠣的殼緊貼巖石，形狀不規則。

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：鐵質、銅質等礦物質影響貝殼顏色。

3.結構色：微觀結構使光線反射和折射，形成彩虹色或金屬光澤。

4.共生生物：藻類或細菌與貝殼共生，賦予其特殊顏色。

貝殼不僅是軟體動物的庇護所，也是自然界多樣性和適應性的杰作，為人類的藝術和科學帶來了無限靈感。

第三部分：探險前夕——做好顯微鏡下的海洋觀察準備

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，更是我們科學探索的得力助手。它們將帶領我們從超市的貨架出發，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，等待著被發現。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

漁業資源與環境課題組的科學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，剛剛結束了一場深海之旅，滿載著南海的秘密，即將在我們的顯微鏡下綻放它們獨特的光彩。

圖3 科學家環海南島們采集蝦和螃蟹的情景

準備好了嗎？系好你的探險腰帶，讓我們一同揭開海藻的內在世界，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. 準備你的顯微鏡觀察樣本

嗨，小小科學家們！今天，我們將一起動手打造一個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。準備好了嗎？讓我們開始這場濕漉漉又充滿驚喜的探險之旅！

2.1 海藻剪影：微觀世界的小森林

首先，我們的目標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，這可是我們進入微觀世界的鑰匙哦！

2.2 貝殼寶石：內外兼修的藝術品

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

2.3 蝦蟹小劇場：微觀世界的戰斗英雄

現在，輪到我們的蝦蟹戰隊登場了！對于蝦，我們要收集它的堅硬殼、靈活的觸角、銳利的爪和關節，這些都將是我們觀察的重點。而對于螃蟹，我們則關注它的殼、爪和那對強大的螯。想象一下，它們在顯微鏡下會如何演繹一場海底的戰斗劇呢？

2.4 光學顯微鏡和SEM樣品

現在，我們已經準備好了所有的樣本。對于光學顯微鏡，將所有的樣本（長度小于1㎝）用雙面膠粘在載玻片上面，并做好標記，見圖4中的A圖。對于掃描電鏡，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電膠臺上，在離子濺射儀進行噴金處理后（增加樣品導電性），于掃描電鏡下觀察表面結構，見圖4中的B圖和C圖。每個樣本都像是海洋世界的一個小秘密，等待你去發現、去探索。調整好顯微鏡，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：海藻的內在世界

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

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，米粒發現以下情況（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出復雜多變、形態不規則的紋理結構，由眾多相互連接的小單元構成，形成了較大規模、類似波浪的圖案。

（2）不同放大倍數的觀察對比：

1）放大20倍（圖6左圖）：顯示的是較為粗糙且不均勻的結構，可以看到許多小孔和不規則的形狀。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形成的。這些暗色的孔隙與周圍較淺的細胞組織形成了對比。

2）放大300倍（圖6右圖）：展示了更為細致的結構，觀察到細小的纖維狀物質和一些更小的顆粒。纖維狀物質顏色較深，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出一定的光澤度，這可能是由于干燥過程中的特定化學成分或物理性質所導致。不同角度和強度的光線照射下，表面的亮度變化不一，增強了其三維立體感的視覺效果。

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

圖6 干制紫菜在光學顯微鏡（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，米粒發現以下情況（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出一種復雜的、不規則的紋理結構。這種結構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）放大倍數對比：

1）放大20倍（圖8左圖）：在較低的放大倍數下，可以觀察到粗糙的結構細節，表面凹凸不平，某些區域密集程度較高。

2）放大2000倍（圖8右圖）：在較高的放大倍數下，結構特征更為精細，顯示出復雜的三維形態，每個層次都有獨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成分或物理特性所致。光線照射的角度和強度不同，導致表面亮度不一，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，米粒發現以下情況（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的細膩。其表面輕輕覆蓋著一層細小的鹽晶和沙粒，這些自然留下的印記，見證了海帶在陽光洗禮下晾曬，與自然環境的深情交融，賦予其一種未經雕飾、純凈天然的美。

圖10干制海帶在光學顯微鏡（彩色圖）和掃描電子顯微鏡（灰度圖）下的形貌

（2）放大倍數對比

放大20倍（圖10左圖）：顯示了干制海帶表面的粗糙和不規則性，同時還可以發現有一些凹凸不平的區域。海帶表面的鹽晶和沙粒也變得可見，它們像細小的亮點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）：展示了細小的纖維狀物質交織形成的復雜網絡結構。這些纖維可能是海帶細胞壁或蛋白質纖維，同時結構中散布著不規則形狀的物質，可能是其他有機物或礦物質。

（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成分或物理特性有關。不同角度和強度的光線照射下，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：蝦的內在世界與生存智慧

在廣袤的海洋之下，隱藏著一個充滿奇跡的微觀世界。今天，我們跟隨勇敢的顯微鏡探險家米粒，一起深入蝦的內在世界，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、殼和爪子的微觀結構時，我們可以發現以下特征（見圖11）。

2.1觸角的微觀結構特征

（1）觸角是長而細的結構，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，這些結構幫助蝦蛄捕捉環境中的化學信號和機械刺激。

2.2殼的微觀結構特征

（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）則能顯示出更精細的結構細節，包括殼上的微小突起、凹陷以及可能的生長紋路等。

2.3爪子的微觀結構特征

（1）在爪子的表面，尤其是在關節和尖端部分，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，同時也可能參與感知周圍環境。

（2）蝦的爪子由多個關節連接而成，每個關節都允許在一定范圍內活動。微觀上，這些關節區域具有復雜的連接結構，允許靈活的運動。

通過這些微觀結構的觀察，我們可以更好地理解日本猛蝦蛄的身體構造及其生物學特性。

圖11日本猛蝦蛄在光學顯微鏡（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，從而了解其結構和組成的復雜性（見圖12）。

（1）C（碳）：紅色區域，有機物質，維持結構和柔韌性。

（2）Ca（鈣）：藍色區域，主要無機成分，提供硬度和保護。

（3）Mg（鎂）：黃色區域，主要在外層，增強硬度和穩定性。

（4）N（氮）：紫色區域，與蛋白質相關，影響彈性和修復。

（5）O（氧）：綠色區域，與鈣形成碳酸鈣，參與化學鍵合。

綜上所述，蝦殼主要由無機礦物質如碳酸鈣以及有機物質如蛋白質等組成。

圖12日本猛蝦蛄外殼的元素分布

3. 海洋微觀探險記：米粒探險家揭秘螃蟹的生存密碼

在海洋的深處，螃蟹以其獨特的爪子和堅固的殼，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、殼和爪的微觀結構時，我們可以發現以下特征（見圖13）。

3.1螯的微觀結構特征

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

（2）上面分布著細長的剛毛，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殼的微觀結構特征

（1）殼的表面相對平滑，但具有多層幾丁質構成的紋理。

（2）我們看到的螃蟹殼上的毛是剛毛，它們主要用于感覺環境、保護自己和偽裝。

（3）殼上有許多小孔，這些氣孔形狀規則，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，允許氧氣進入鰓室，同時排出二氧化碳。

圖13武士蟳在光學顯微鏡（彩色圖）和掃描電子顯微鏡（灰度圖）下的形貌

3.3爪的微觀結構特征

（1）爪子的末端尖銳，適合精細操作。

（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，但數量較少，孔徑較小，同樣用于氣體交換。

這些微觀結構的特征揭示了螃蟹如何適應其生活環境，通過復雜的剛毛和氣孔系統來提高其生存能力。

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，進而深入了解其結構和組成的復雜性（見圖14）。

（1）C（碳）：見紅色區域，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物質，如甲殼素，它為螃蟹提供保護和結構支持。

（2）Ca（鈣）：見藍色區域，分布在整個螃蟹殼上，但在內側更為集中，呈藍色。鈣是形成碳酸鈣晶體的關鍵元素，而碳酸鈣賦予了螃蟹殼硬度、支持和保護功能。

（3）O（氧）：見綠色區域也遍布整個螃蟹殼，尤其在邊緣部分較多，呈綠色。氧可能與水的存在有關，因為水分子中的氫和氧有助于保持螃蟹殼的靈活性和強度。

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

圖14武士蟳外殼的元素分布

4. 米粒探險家的海洋奇遇：揭秘貝殼的層狀結構與色彩之謎

在廣袤無垠的藍色海洋中，有一位勇敢的小探險家，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，那里有無數的秘密等待著他去發現。今天，我們選擇日常生活中常見的花甲，學名為波紋巴非蛤（Paphia undulata）作為代表，通過顯微鏡揭開貝殼那層狀結構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角質層（貝殼外層）

（1）低倍率（10x 和 20x）

1）顏色：通常呈現為淡黃色或棕色，20x時顏色可能更深，細節更加明顯。

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

（2）高倍率（30x和100x）

顏色：顏色可能更加飽和，細節更加突出。

結構與形狀：在30x下，可以看到更細小的紋理和層狀結構；在100x下，結構變得非常復雜，呈現出交織的纖維狀或薄片狀，顆粒和紋理呈現出更加精細的幾何形狀，如多邊形或細長的線條，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，角質層的顏色呈現出深淺不一的色調，反映了不同成分的分布和密度。

結構與形狀：微觀結構特征尺寸分別約為0.5μm和更細微的0.2μm或更小，呈現出層次分明的結構。孔洞、褶皺和細微裂縫等納米級別的細節清晰可見，形成了不規則的多邊形、圓形或其他復雜形狀，從細小的顆粒到纖細的纖維，這些結構的長度和寬度分別可達幾微米到幾十微米不等。

4.2珍珠層（貝殼內層）

（1）低倍率（10x）

顏色：通常為白色或帶有光澤的銀色。

結構與形狀：表面較為平滑且具有光澤，可能觀察到較大的圓形或不規則的斑點，這些斑點代表珍珠質的沉積區域，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，但可能因光學效應出現色彩變化。

結構與形狀：呈現出非常精細且有序排列的晶體結構，晶體形狀多為六邊形或其他規則的幾何形狀，這是珍珠質特有的晶體排列方式。這些微小的晶體狀結構和緊密排列的小單元，大小分別大約在5μm和2μm左右，共同構成了珍珠層特有的微觀形態。

圖16 波紋巴非蛤（花甲）外層的元素分布

4.3角質層（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）：見藍色區域，分布在整個貝殼的外層上，這符合貝殼主要由碳酸鈣組成的特性。

（2）C（碳）：見紅色區域，碳元素可能來自于有機質或生物組織殘留物。

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

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

（5）Mg （鎂）：見藍色區域，相對其他元素較少，增強貝殼外層的硬度和穩定性。

第五部分 觀察成果匯總——顯微鏡下海洋生物的奇妙發現通

過顯微鏡，我們窺探到了一個充滿奧秘的微觀世界，發現了海洋生物們不為人知的結構和功能：

1.在顯微鏡的鏡頭下，干制紫菜、裙帶菜和海帶展現了它們獨特的生存智慧：

（1）干制紫菜：其表面呈現出由小單元構成的波浪狀圖案，粗糙而不均勻，充滿深色孔隙和纖維狀物質。這些結構不僅是在干燥過程中的產物，也是其迅速吸水膨脹、恢復活力的關鍵。

（2）裙帶菜：擁有復雜的不規則紋理，小單元相互連接，形成凹凸不平的表面。在高倍顯微鏡下，其三維形態和層次感更加明顯，展現了其精細的結構設計。

（3）海帶：多孔且疏松的表面，波浪狀圖案由小單元構成。在高倍顯微鏡下，纖維狀物質交織成網絡，不規則形狀的物質散布其間，揭示了其獨特的生存策略。

2.日本猛蝦蛄的微觀結構揭示了其生存智慧的精巧設計：

觸角長而細，表面密布感覺毛或纖毛，用于感知和搜尋食物；殼在顯微鏡下展現出紋理和顏色變化，微小突起和生長紋路體現了其復雜結構；爪子由多個節段構成，具有精細的鉤狀抓握結構。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、增強穩定性，并影響彈性和化學鍵合，從而揭示了日本猛蝦蛄的身體構造和生物學特性。

3. 螃蟹的微觀結構揭示了其適應海底生活的獨特特征：

螯部表面鋒利且有剛毛，增加抓握力；殼多層幾丁質紋理，表面剛毛用于感知和保護，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。蟹殼由有機和無機成分組成，外層富含碳，內層鈣集中，氧元素遍布，共同賦予殼硬度、靈活性和保護功能。

4.貝殼的微觀結構揭示了其獨特的層狀構造和色彩之謎：

波紋巴非蛤的微觀結構特征表現為角質層（外層）粗糙、層狀，含有不規則顆粒和納米級孔洞，顏色隨倍率增加而飽和，而珍珠層（內層）平滑、有光澤，具有精細的六邊形晶體結構；元素分布顯示Ca主導，輔以C、Na、O和少量Mg，共同構成其獨特的硬度和穩定性。

第六部分 啟發思考——鼓勵孩子們繼續探索自然世界，保持好奇心

通過這次顯微鏡下的海洋生物探險，我們不僅窺探到了一個充滿奧秘的微觀世界，還發現了海洋生物們不為人知的結構和功能。干制海藻、蝦、螃蟹和貝殼的微觀結構揭示了它們獨特的生存智慧，這些結構不僅幫助它們在海洋中生存，還展示了自然界的設計多樣性。通過觀察和分析這些微觀結構，我們能夠更好地理解海洋生物的生物學特性，并在科學研究中得到啟示。

這次探險之旅讓我們認識到，海洋生物的結構和功能與它們的生活環境密切相關。海藻的多孔性結構有助于保持干燥狀態，蝦的觸角和殼提供了保護和抓握能力，螃蟹的螯和殼則展現了其強大的生存策略。這些微觀結構的特征不僅在外觀上引人注目，而且在生物學、材料科學等領域具有重要的研究價值。

此外，這次探險也讓我們意識到，保護海洋生物和生態環境的重要性。海洋生物在維持生態平衡、促進營養循環、凈化水質、調節氣候等方面發揮著重要作用。因此，我們應該更加關注海洋環境保護，確保海洋生物的生存環境。

最后，這次探險之旅激發了我們探索自然世界的好奇心。好奇心是人類進步的源泉，它推動我們不斷探索未知的世界，發現更多大自然的奧秘。希望孩子們能夠保持這份好奇心，繼續探索未知的世界，發現更多大自然的奧秘。同時，我們也應該鼓勵孩子們參與到科學探索中來，培養他們的觀察力、想象力和創造力，為未來的科學研究和科技創新打下堅實的基礎。

委燕 曲煥然 李佳男 吳云娣

南海海洋資源利用國家重點實驗室

大型儀器共享服務平臺

來源: 海南大學科普團隊

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