你沒聽過的它幫英國成為殖民帝國，還啓發人類打通地鐵隧道_風聞
把科学带回家-把科学带回家官方账号-专注于孩子的科普教育2019-10-21 15:28
【本文由公眾號“把科學帶回家”提供，ID：steamforkids】
參考資料 Science等
編譯 七君
大航海將世界聯通了起來，是人類文明史的重要篇章。但是許多人並不認識大航海時代的一位重要角色。它不但拖延了歐洲帝國主義殖民擴張的速度，還扭轉了世界局勢，輔佐英國成為世界新一代的海上霸主。
它，就是船蛆。
特殊技能
如名所示，船蛆的特殊技能，就是吃木頭，所以它可以被看作海洋裏的白蟻。雖然長得有些不可描述，但實際上船蛆並不是蠕蟲，而是屬於蛀船蛤科（Teredinidae）的生物，和你在海鮮大排檔吃到的蛤蜊、牡蠣、淡菜什麼的海鮮才是親戚，都屬於雙殼綱。
船蛆半透明的肉身非常濕滑，有時可以長到一米長。船蛆表面的外套膜組織會分泌一種類似於貝母的物質，製造出一根碳酸鈣管道，包裹自己的柔嫩身體。
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船蛆和它的碳酸鈣管道
@Nature Photographers Ltd/Alamy Stock Photo
船蛆的貝殼長在身體的一端，因為長着類似牙齒的凸起，摸起來毛毛糙糙的。不過，也是因為這排類似銼刀的東西，船蛆才能鑽到木頭裏面，把木頭削碎了吃。
消化木頭聽起來好像挺容易的，但實際上目前地球上只有少數生物能夠直接分解纖維素和木質素。要知道，木頭曾是地表最強物質之一，地位曾經一度相當於現在的塑料，因為沒人能消化分解它們。（點我查看為什麼）
哪怕是現在，除了少數真菌和細菌，還有和船蛆一樣能夠在海水中吃木頭的蛀木水蝨（gribbles）以外，沒人能夠消化樹木的纖維素和木質素。所以能啃木頭的白蟻還有河狸都和能消化木頭的微生物共生。
河狸和能夠消化木頭的細菌共生
美國東北大學的生物學教授 Dan Distel 表示，消化木頭是一件很複雜的事情，船蛆的鰓的細胞（bacteriocytes細胞）裏養着共生細菌塗氏船蛆桿菌（Teredini bacterturnerae），這些細菌會產生分解木頭的酶。另外，船蛆的盲囊（類似胃的器官）和腸道里也有少量消化木頭的細菌。
當然，光能吃木頭還不至於讓船蛆被人類畏懼。船蛆的可怕之處在於，從外表幾乎看不出被它們蛀的木頭有什麼問題。
船蛆的破壞力和它們的繁殖力和生活方式有關。船蛆一次性可以產下多達1億個卵，孵出來的小船蛆是肉眼不可見的，它們的幼體是浮游動物。如果幸運的話小船蛆可以抓到木頭，接着它們就會開始變態發育（metamorphosis）。
人察覺，而它們鑽入木頭後，就開始一個蛆自閉了。木頭變成了它們的家，以及終身的牢籠。
想要知道浸在水裏的木頭有沒有被船蛆感染，只能使出鈦金眼視奸木頭表面。被船蛆寄生的木頭有時有細小的虹管伸出來。這些虹管成對，一根進水，一根出水，它們是船蛆的嘴巴和便便管，讓船蛆可以吸收水裏的浮游生物補充營養。當然，它們還是船蛆的呼吸、排泄和繁殖的通道。
看，有船蛆的木頭上有這樣測試5.0視力的白色的黏糊糊的濕答答的凸起。
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菲律賓紅樹林裏的船蛆
@best ever food review show
德國赫爾霍茲海岸材料研究中心（Helmholtz Center for Material and Coastal Research）的生物學家 Luísa Borges 説：“挪威和瑞典的一些木頭看起來很厚，表面卻有一些小孔。打開來以後，才知道它們被蛀成什麼樣了。”
不過，海里是沒有樹木的，那麼船蛆一開始吃的是什麼呢？
船蛆的分佈非常廣，以至於很難查找它們的起源。不過，靠近海岸的紅樹林，可能就是船蛆最初的寄主。紅樹林是唯一一種能夠生長在高鹽分環境中的樹木。船蛆可能就是用紅樹林當跳板，登上了人類的船舢，開啓了讓海上帝國們瑟瑟發抖的職業生涯。
生長在濱海的紅樹林
@wikipedia
打敗無敵艦隊的生物
船蛆是阻擋歐洲海外殖民的重要功臣，它們困擾着世界上所有要和海洋打交道的國家。生物分類學大佬林奈最初給船蛆的名字 Calmitas navium 裏的navium 就是“船的”的意思。
早在古希臘時代就有對船蛆的記載。船蛆在木船裏紮根，藉助四處揚帆的木船周遊各地的港口，腐蝕港口的木質建築。Borges 指出：“從歷史記錄來看，船蛆吃掉了很多的船，這些船在漫長的航行過程中直接被吃空。“
1503年，發現新大陸的哥倫布第四次遠洋的時候，兩艘木船就因為被 Teredo navalis 這種常見船蛆咬成了蜂窩蛋糕而不得不被丟棄。和未知的新世界相比，哥倫布的水手們可能更害怕船蛆。
船蛆 Teredo navalis
@animal diversity web
1588年，船蛆也在世界史上發揮了重要角色。當時船蛆讓西班牙無敵艦隊的船板變成了篩子，變得更弱，讓伊麗莎白一世治理下的英國的加農炮有機可乘。西班牙無敵艦隊在蘇格蘭和愛爾蘭繞了一圈後不能回到本土，也是因為船蛆。就在船蛆的助攻下，西班牙和英國完成了世界通行語的更替。
1588年，西班牙無敵艦隊在和伊麗莎白一世治下的英國的海戰中撲街。
@Jean-Leon Huens—National Geographic/Heritage-Images
世界上的許多海洋冒險故事也都和船蛆有關。
16世紀著名英國海盜、探險家弗朗西斯·德雷克爵士的著名金鹿號——通過麥哲倫海峽剩下的最後一艘船就是被船蛆弄壞的。
16世紀著名英國海盜、探險家弗朗西斯·德雷克爵士
@wikipedia
1821年，美國捕鯨船埃塞克斯號也被船蛆蛀了，因此抹香鯨才能輕而易舉地把它頂破，成就了赫爾曼·梅爾維爾的《白鯨記》這部文學鉅作。
《白鯨記》
緬因大學海洋生物學家 Kevin Eckelbarger 乾脆説，“船蛆是庫克船長（18世紀英國皇家海軍軍官、航海家，是首批登陸澳大利亞東岸和夏威夷羣島的歐洲人）最害怕的動物。”
也是因為船蛆，當泰坦尼克號在沉船73年後被發現時，上面已經不剩什麼木頭了。
1996年的泰坦尼克號
@XAVIER DESMIER/GAMMA-RAPHO/ GETTY IMAGES
不僅如此，船蛆還曾造成荷蘭和美國的經濟和社會動盪。
對於填海建國的低地之國荷蘭來説，50%的國土海拔不足1米，因此海堤是整個國家對抗大海的防火牆。
但是在1730年左右，由於一段時間降水量不足，荷蘭西北部的須德海含鹽量增加，依賴鹽水生存的船蛆的棲息地擴大，大量海堤岌岌可危。1731年，荷蘭北部的西弗裏西亞羣島的50千米長的海堤都被蛀爛了，另外20千米的也被蛀鬆了。
荷蘭有大量關於船蛆的版畫。這幅版畫的年代是1726-1744年。船蛆迫使荷蘭改變了建造堤壩，水閘和港口的方式。
被虐哭的荷蘭人把船蛆視為海上瘟疫，甚至還出現了專門針對船蛆的宗教儀式。如果海堤保不住，整個荷蘭沿海都有可能被海水吞噬。在洪災的威脅下，大量農民進城務工，造成了荷蘭失業率上漲。
1914-1920年間，舊金山也經歷了類似的船蛆暴走。換算成現在的美元的話，船蛆造成了數十億美金的損失。
防治船蛆的高昂代價
現在的遠洋渡輪都不是木質的，但這並不代表人類已經找到對付船蛆的一勞永逸的方法了。船蛆如果這麼好對付，也就不會讓海上帝國們這麼頭疼了。
在15-16世紀的時候，對付船蛆的唯一方法就是用焦油和瀝青塗抹船體。但是隨着海水的腐蝕，塗層消失，這招慢慢也沒用了。
1730年的船蛆瘟疫時，荷蘭政府嘗試用熱帶的硬木製造濱海建築，或是用砷藥水泡木頭、給木頭包鐵皮、釘釘子的方法來對抗船蛆。不過最後荷蘭人發現，只有用進口的石頭建造防波堤才是解決船蛆問題的唯一方案。
1735 年，荷蘭政府官員Pieter Straat 和 Pieter van der Deure設計的石頭防波堤。
加拿大的木材公司還想出了了一個暴力的方法——在水裏開炸彈，利用水壓炸屎浮在水裏的木材裏的船蛆。
為了船蛆，人類還發明瞭致癌殺蟲劑雜酚油（creosote，從煤焦油或其他礦物油中蒸餾而成的液體，常用來給室外木材防腐）。由於雜酚油的大量使用，不少城市的水道被污染了。
用雜酚油處理過的木材
@Bill Smiley Archives, PA Historical Society
為了尋找不會遭受船蛆侵犯的木材，世界上的珍奇異木也遭了殃。新罕布什爾大學的歷史學家 Derek Lee Nelson 寫道：“一旦某個樹種被傳能夠防船蛆，尤其是澳大利亞、新西蘭的樹種，它們就已經死於船蛆之手了。“
後來在18世紀，英國皇家海軍開始給戰艦的船身包銅皮。接觸海水後，銅會形成具有生物毒性的氧氯化銅，抑制船蛆和藤壺等生物的生長，讓英國海軍可以在熱帶海域巡遊更長時間，鞏固其殖民統治。
包銅的18世紀英國帆船卡蒂薩克號
@wikipedia
因此，後來 copper-bottomed，銅包屁股這個詞，就成了“靠譜”的代名詞。但是這招非常貴，當時一艘七十四炮的風帆戰列艦包個銅屁股要1500英鎊，相當於現在的近24萬英鎊。
美國的情況也沒有好到哪裏去。19世紀末，美國專利局就收到了超過1000份防治船蛆的專利申請。美國海軍也花費了大量財力研究如何防治船蛆，也曾經有過幾次短暫的勝利。
第一次勝利的是這樣來的。一開始，美國的主要船蛆是剛毛蛀船蛆蛤（Bankia setacea），它來自於北美洲的西海岸，需要高鹽度繁殖和生存，因此在淡水河口的船隻和建築物能夠免受它的滋擾。覺察到淡水的好處後，美國各地開始建設淡水港灣，海水港口也進行了相應的改造。
不過在1919年，淡水也不能阻止船蛆了，因為出現了能夠在低鹽度中生存的船蛆 Teredo navalis 。當年，隨着乾旱，鹹水進一步侵佔內陸，舊金山各處的堤壩和船隻大面積爆發船蛆，在2年裏平均每1-2周就有一艘木船或者木質建築因為船蛆被咬爛。
而第二次短暫的勝利要歸功於工業污染。船蛆喜歡清潔的水質，紐約港、紐約州的哈德遜河，洛杉磯港原本因為工業污染嚴重而幸運逃過一劫。
曾任紐約市政府經濟發展部副市長的 Robert K. Steel 表示，水質對船蛆的影響很大，以至於紐約港在受污染最嚴重的時期，卻被航運業叫做“乾淨港”，因為船下面寄生的船蛆到紐約港泡一會兒髒水浴，全都死光了，小船乾乾淨淨出港。
紐約布魯克林因為船蛆傾倒的木質護岸
@Fred R. Conrad/The New York Times
但是在1972年的《清潔水法案》（Clean Water Act）後，美國各地水質變好，船蛆以及蛀木水蝨也跟着借東風出現。
總之，船蛆領域重量級的學者，哈佛大學的海洋學家 Ruth Dixon Turner 對防治船蛆的看法是：消滅船蛆的唯一方法就是給它們斷糧，再不然就是用雜酚油一類的物質處理濱水建築。
因此，現在港口設施一般都是用水泥、鋼鐵和玻璃鋼建造的。2011年，為了對抗船蛆，紐約布魯克林大橋公園花費了1100萬美金為5號碼頭的木樁加封水泥殼。水泥包殼看起來是可行的方法，但是在水下澆築水泥成本不低，給一個木樁包水泥的價格在7000-30000美金之間。
紐約等待用水泥加固的碼頭木樁
@Ángel Franco/The New York Times
吃屁和吃石頭的船蛆
現在人類不怎麼駕駛木船，你以為船蛆就要滅絕了麼？實際上它們已經默默演化出了更加厲害的品種，能吃屁的巨型船蛆（Kuphus polythalamia）。
猶他大學的研究者正在對巨型船蛆進行採樣
@national geographic
巨型船蛆是常見船蛆的近親。早在18世紀就有巨型船蛆的記載了，但是以前科學家們沒有研究過這種巨型船蛆的活體，只能看看它們留下的象鼻般粗大的殼。巨型船蛆的定海神針般的外殼具有很高的收藏價值，受到一些趣味不明人士的追捧。
收藏它們大概是因為巨型船蛆的管子可以吹吧
直到最近，科學家們才確定巨型船蛆的真身。巨型船蛆可以長到1.55米長，6釐米直徑那麼粗，長得像有腸子的茄子，也有一對Y型的虹管，一根吸水，一根吐水。
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菲律賓的巨型船蛆及捕撈
但是這種巨型船蛆的消化道已經萎縮，它們的腸子裏也沒有便便。所以它們到底吃什麼？
答案是，巨型船蛆並不吃木頭，而是吃屁——硫化氫。
實際上，巨型船蛆的居住環境臭的要命，因為它們的窩築在富含有機質的泥漿裏面，這些泥漿會散發出臭雞蛋味的硫化氫。
巨型船蛆生活在富含硫化氫的泥沼中，它們的兩根虹管伸出泥地，它們的嘴巴朝下。
它們的鰓特別發達，裏面多得是能分解硫化氫的細菌，它們可以把硫化氫還原為硫，並用釋放出的能量將二氧化碳轉化為糖分，供宿主享用。這些細菌的身體裏有用二氧化碳製造糖的羧酶體（carboxysomes）還有黃色的硫的痕跡。這些都是它們是靠吃屁為生的證據。
屁是真的好吃有營養，所以巨型船蛆才能長這麼大，比一般啃木頭的船蛆要大得多，而且還發出重金屬的光澤。美國東北大學的研究者 Dan Distel 説：“大多數雙殼綱的生物是灰白色，粉紅色”這類莫蘭蒂色系的，但是巨型船蛆是重金屬色，而且擼起來肉質更為粗硬緊緻。
不光有吃屁的船蛆，還有吃石頭的。
2019年發表在《英國皇家學會報告B》上的一項研究發現，菲律賓的阿巴坦河（Abatan River）的河牀上有船蛆 Lithoredo abatanica。
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吃石頭的船蛆 Lithoredo abatanica
@sciencemagazine
它們可以蛀穿河牀石灰岩。它們可能也是依靠鰓上的細菌來消化石頭的。它們的屁股上的虹管還可以往外噴石頭變成的沙子。
特色菜
雖然船蛆很可惡，但它們在菲律賓、南美等地卻是一道特色菜。在菲律賓它們叫做 tamilok，紅樹林裏現撈的一包賣4美金。
做 tamilok 的生鮮食材
@best ever food review show
為什麼有人要吃這個奇怪的生物？因為據當地人表示，成年人吃了船蛆會有奇妙的耐力。鑽木頭的時候，船蛆每分鐘可以旋轉8-12次，菲律賓人民大概是據此，而不是它們的外表才得出它們很有耐力的結論的吧。
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勇士品嚐船蛆刺生
@best ever food review show
據生吃的美食博主 Sonny Side 證言，這玩意兒吃起來有後悔的味道，有點像帶沙的蝸牛，又像帶有生蠔味道的濃痰，嚥下去以後後勁十足，被刨去了內臟的食木者似乎還想從食客口中還魂。總之，它被叫“蛆”還是有一定道理的。
當然，巨型船蛆在菲律賓也被做成了菜，不知道食客下口的時候會不會有幻肢痛。
菲律賓的巨型船蛆被製作成了 tamilok
沒有它，可能就沒有地鐵
對了，黑了這麼久的船蛆，是時候説一個它的閃光點了。實際上，如果沒有船蛆，人類可能永遠也無法修建地鐵和地下隧道。
是這樣的，在19世紀20年代之前，沒人能夠在大河下開鑿隧道，因為河牀下有很多流沙，非常鬆散，而且壓強很大，隨便動的話很容易就炸開。
Marc Isambard Brunel 1828年設計的開鑿鬆散土層的盾構，直到現在盾構的概念還在被使用。
@wikimedia
但是英國工程師 Marc Isambard Brunel 在查塔姆的海軍皇家船塢散步的時候看到了被船蛆搞壞的木樁，突然就有了靈感。
船蛆開鑿木頭的殼 S
@Popular Science Monthly, August 1878.
他根據船蛆鑿木頭的貝殼設計的盾構成功開鑿了第一條泰晤士隧道。Brunel 根據船蛆設計的盾構可以保護後面作業的工人，就像船蛆的貝殼保護船蛆柔軟的身體一樣。此外，盾構在挖掘時，不會一下子鑿開一個大面，而會穩步推進，避免隧道被巨大的壓力沖塌。
開鑿巴塞羅那地鐵9號線的德國盾構 Herrenknecht EPB 的工作過程示意。
@Confederación Canaria de Empresarios
後來盾構的設計被進一步改良，成為開鑿鬆散土層的必備武器。
棒狀物都不簡單，不管是孫悟空那根能伸能縮的金箍棒，還是躲在洞裏的又細又軟的蛤。