（海南大学“科普中国高校行”优秀科普作品-图文类）

海洋生物的微观世界——海藻、虾、螃蟹和贝壳的奇妙结构！

海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室 委燕 曲焕然 李佳男 吴云娣

在遥远的海洋深处，有一个名叫米粒的小探险家。米粒不是普通的孩子，他拥有一双充满好奇的眼睛和一颗渴望探索的心。有一天，米粒收到了一份神秘的礼物——一台古老的显微镜。这台显微镜似乎拥有魔法，能够带领使用者进入一个未知的世界。米粒的好奇心被彻底点燃了，他决定用这台显微镜去探索海洋中的微观奇迹。

故事就这样开始了，在一个阳光明媚的早晨，米粒带着他的显微镜来到了海边。他轻轻地将一片海藻、一只小虾、一只螃蟹的爪子和一片贝壳放在显微镜下。透过镜头，米粒仿佛穿越到了一个神秘的微观世界，那里充满了惊喜和未知……

第一部分 显微镜大揭秘：我们的微观世界探险利器

嘿，小伙伴们，准备好了吗？让我们一起跳上神奇的显微镜之旅，探索那些肉眼看不见的微小奇观！

1.揭秘显微镜的魔法

想象一下，你手中拿着一个超级放大镜，这就是显微镜的核心——物镜。它紧贴着那些小到几乎看不见的样品，用它的多透镜魔法，把光线变成一个超级聚焦的光束，让微小的物体在我们的眼前变得清晰可见。然后，目镜这位放大高手，将物镜捕捉到的图像再次放大，让我们仿佛置身于微小的世界之中！

2.显微镜的超能力

你知道吗？显微镜就像是一位超级英雄，它的放大能力惊人！一个10倍物镜配上一个10倍目镜，就能把物体放大100倍！是不是感觉像拥有了超能力？

3.显微镜的超级英雄任务

显微镜不仅是科学实验室的宠儿，它还在各个领域发挥着超级英雄的作用：

在医学领域，它是医生的得力助手，帮助诊断疾病。

在工业界，它是质量监督的守护者，确保每个产品都完美无瑕。

在学校，它是启发学生好奇心的魔法师，带我们走进微观世界的奇妙旅程。

4.显微镜家族的成员们

让我们来认识一下显微镜家族的不同成员吧：

（1）光学显微镜：这位是我们的日常观察小能手，无论是细胞还是组织，它都能让我们看个清楚，我们这次的探险也会使用这位成员。

（2）电子显微镜：这位是家族中的高分辨率大师，它用电子束代替光束，带我们探索纳米级别的世界。

（3）扫描探针显微镜：这位是用细小探针触碰微观世界的探险家。

（4）共聚焦显微镜：这位是深入样品内部，揭示三维结构的侦探大师。

特别介绍：日本日立S-4800扫描电子显微镜

这次，我们的探险将使用日立S-4800这位电子显微镜界的明星。扫描电子显微镜，简称SEM,是一种利用电子束扫描样品表面，通过检测样品与电子束相互作用产生的信号来获取样品表面形貌和成分信息的高分辨率显微镜。它就像一位微观世界的侦探，能够揭示出肉眼无法观察到的微观结构和秘密。我们使用到的S-4800更是一款高性能的扫描电子显微镜，能够在高加速电压下达到1.0nm的分辨率，广泛应用于材料科学、生物医学、半导体等多个领域，适合观察样品表面的细微形貌、断口及内部组织，配上X射线能谱仪，它可以对材料表面微区元素成分进行定性和定量分析。

最后，让我们为显微镜的多样性和它的超级能力鼓掌吧！无论是科学研究、医学诊断、工业制造还是教育学习，显微镜都是我们探索未知世界的最佳伙伴。让我们一起感谢这位微观世界的引路人，它让我们的生活变得更加精彩！

第二部分 餐桌上的海洋奇迹——揭秘海藻、虾、螃蟹与贝壳的独特魅力

在我们即将启程深入海洋微观世界的探险之前，先让我们为这次旅程的“明星成员”一一揭幕（见图1）。它们不仅是餐桌上的美味佳肴（见图2），更是海洋中独具特色的生物奇迹。海藻的斑斓色彩、虾的灵巧身姿、螃蟹的巧妙生存策略以及贝壳的奇幻形态，每一样都充满了神秘与魅力。接下来，让我们一一认识这些海洋奇迹，为即将到来的显微镜下的探险之旅做好铺垫。

图1本次探险收集的海藻、虾、螃蟹和贝壳

图2 生活中餐桌上的海鲜美味

1. 揭秘海洋的绿色宝藏——海藻的奇妙世界

1.1什么是海藻？

在广阔的海洋中，生活着一种神奇的植物性生物——海藻。它们不同于陆地上的植物，没有明显的根、茎、叶分化，而是以独特的叶状体、丝状体等形态繁衍生息。海藻家族色彩斑斓，绿色、棕色、红色、金色等各种颜色都有，这些颜色来源于它们体内的不同色素。

海藻的分类主要有以下几种：

（1）绿藻门（Chlorophyta）：这类海藻体内含有叶绿素a和叶绿素b，常见的绿藻有石莼和裙带菜。

（2）褐藻门（Phaeophyta）：褐藻含有叶绿素a、叶绿素c和墨角藻黄素，海带和墨角藻就是褐藻的典型代表。

（3）红藻门（Rhodophyta）：红藻含有叶绿素a和藻红蛋白，紫菜和珊瑚藻便是红藻家族的成员。

1.2 海藻在海洋中的重要作用

1. 生态基石

海藻是海洋生态系统的基石，它们通过光合作用释放氧气，为海洋生物提供能量来源。同时，海藻还为许多海洋生物提供了栖息地和食物来源。

2. 营养循环

海藻具有吸收和储存海水中的营养物质（如氮、磷等）的能力。当海藻死亡分解时，这些营养物质又重新释放回海洋，滋养其他生物的生长。

3. 水质净化

海藻具有吸附和去除海水中有害物质的能力，如重金属和营养盐类。因此，它们在维持海洋水质清洁方面发挥着重要作用。

4. 气候影响

海藻通过吸收二氧化碳，有助于减缓全球变暖，对地球气候产生积极影响。

5. 经济价值

海藻在食品、医药、化妆品等领域具有广泛的应用价值，为人类经济发展做出了重要贡献。

2. 海洋小精灵——虾的特点与生态作用

虾，这种我们常见的海洋生物，不仅味道鲜美，还在海洋生态系统中扮演着重要角色。下面让我们简单了解一下虾的特点及其生态价值。

2.1虾的特点

1.坚硬外壳：虾体外有硬壳保护，帮助它们在海底生存。

2.灵活身体：头胸部和腹部的设计使虾能灵活移动，寻找食物。

3.长触须：虾的触须帮助它们感知环境，寻找食物。

4.性别区分：雌雄异体，繁殖时产卵和精子，维持种群多样性。

5.变色能力：能根据环境改变颜色，用于伪装或交流。

2.2虾的生态作用

1.食物链关键：虾是许多海洋动物的食物，对食物链至关重要。

2.水质维护：通过摄食浮游生物，帮助清洁水质。

3.环境指示：虾的健康状况反映了海洋环境的状态。

4.经济价值：虾是重要的渔业资源，对经济有重大贡献。

5.生态平衡：在食物链中，虾帮助维持生态系统的平衡。

简而言之，虾不仅是美味的海鲜，更是海洋生态系统中不可或缺的一部分。保护虾类，就是保护海洋生态的多样性和健康。

3. 海洋中的巧妙生存者——螃蟹的生活习性与适应策略

在海洋的岩石缝隙和沙地中，螃蟹以其独特的生活习性和适应能力，成为了一个生存高手。以下是螃蟹如何适应海洋环境的一些精彩揭秘。

3.1 螃蟹的生活习性

1.杂食而灵活：螃蟹不挑食，藻类、小鱼、腐肉都是它们的美食，这使它们能在多种环境中生存。

2.夜幕下的猎人：它们偏爱夜间活动，这时外出寻找食物和伴侣。

3.藏身高手：螃蟹善于藏匿，岩石下、洞穴中或沙子里都是它们的避难所。

4.繁殖与成长：雌蟹携带受精卵，有的在水中孵化，有的在沙滩上。螃蟹通过蜕壳不断成长。

3.2 适应海洋环境的策略

1.硬壳守护：坚硬的甲壳是螃蟹的防护盾，抵御捕食者和其他威胁。

2.强有力的大钳：螃蟹的钳子是捕食和挖掘的利器，也是自我保护的武器。

3.敏锐的感官：移动的眼睛和灵敏的触须帮助螃蟹更好地探索和适应环境。

4.潮汐的节奏：螃蟹适应潮汐变化，潮间带是它们觅食和活动的舞台。

5.水下呼吸者：通过鳃呼吸，螃蟹在水中游刃有余，部分种类还能在陆地上呼吸。

6.变色与伪装：一些螃蟹能改变颜色，与环境融为一体，躲避天敌。

7.繁衍策略：广泛散布幼体，确保种群在海洋中的生存和繁衍。

螃蟹的这些习性和适应性，让它们在海洋生态系统中占据了重要的一席之地。

4. 海洋之宝——贝壳的形成、形态与色彩奥秘

在海洋的深处，软体动物披着由碳酸钙打造的华丽外衣——贝壳。这些外衣是如何编织而成的呢？

4.1 贝壳的诞生

软体动物通过外套膜的分泌，不断沉积碳酸钙和其他物质，逐渐形成贝壳。这个过程伴随着它们的成长，贝壳也随之增长，形成由多层晶体和有机物质构成的坚固结构。

4.2贝壳的形态

贝壳的形状各异，展现了自然界的设计多样性：

1.螺旋形：蜗牛和鲍鱼的壳呈螺旋状，便于在狭小空间中生存。

2.扇形：扇贝的壳像扇子一样展开，方便海底移动。

3.圆形：海螺的壳圆形，便于滚动。

4.不规则形：牡蛎的壳紧贴岩石，形状不规则。

4.3贝壳的色彩

贝壳的色彩斑斓，来源多样：

1.色素：外套膜中的色素决定了一些贝壳的颜色。

2.矿物质：铁质、铜质等矿物质影响贝壳颜色。

3.结构色：微观结构使光线反射和折射，形成彩虹色或金属光泽。

4.共生生物：藻类或细菌与贝壳共生，赋予其特殊颜色。

贝壳不仅是软体动物的庇护所，也是自然界多样性和适应性的杰作，为人类的艺术和科学带来了无限灵感。

第三部分：探险前夕——做好显微镜下的海洋观察准备

1. 海洋的礼物——揭秘我们的样本来自何方

1.1 探索海洋的秘密：从超市货架到深海探险的奇妙之旅

1.1.1 海藻的超市奇遇

在繁忙的超市角落，我们与一群特殊的海洋使者——干制的紫菜、海带和裙带菜不期而遇。这些海藻不仅是厨房里的美味佳肴，更是我们科学探索的得力助手。它们将带领我们从超市的货架出发，踏上揭开海洋秘密的奇妙之旅。

1.1.2 贝壳的海鲜之旅

海鲜区里，我们精心挑选了文蛤（俗称车螺）、波纹巴非蛤（俗称花甲）和白贝（俗称海白）。这些贝壳如同海洋的珍宝，静静躺在冰块上，等待着被发现。它们将与我们一同踏上探索海洋生物多样性的旅程，揭开它们的生命奥秘。

1.1.3 虾蟹的深海归来

渔业资源与环境课题组的科学家们从美丽的海南岛周边海域带来了珍贵的虾和螃蟹样本（见图3）。这些活泼的海洋小精灵，刚刚结束了一场深海之旅，满载着南海的秘密，即将在我们的显微镜下绽放它们独特的光彩。

图3 科学家环海南岛们采集虾和螃蟹的情景

准备好了吗？系好你的探险腰带，让我们一同揭开海藻的内在世界，探索贝壳的生命奥秘，以及虾蟹在海洋中的巧妙生存之道！

2. 准备你的显微镜观察样本

嗨，小小科学家们！今天，我们将一起动手打造一个专属的海洋生物观察盒，用显微镜揭开海藻、贝壳、虾和螃蟹的神秘面纱。准备好了吗？让我们开始这场湿漉漉又充满惊喜的探险之旅！

2.1 海藻剪影：微观世界的小森林

首先，我们的目标是那些常见的海藻类——干紫菜、干海带和干裙带菜。拿起你的小刷子，轻轻清洗它们表面的沙尘，再用纸巾轻轻吸干水分，就像给它们做了一次舒服的SPA。接着，拿起你的小剪刀，小心翼翼地剪下它们最平整的一面，这可是我们进入微观世界的钥匙哦！

2.2 贝壳宝石：内外兼修的艺术品

接下来，让我们把目光转向贝壳。挑选一块光滑平整的小贝壳，轻轻剥开它的外壳，你会看到一个全新的世界，那是大自然雕刻的精细纹理，等待着你的显微镜去发现。

2.3 虾蟹小剧场：微观世界的战斗英雄

现在，轮到我们的虾蟹战队登场了！对于虾，我们要收集它的坚硬壳、灵活的触角、锐利的爪和关节，这些都将是我们观察的重点。而对于螃蟹，我们则关注它的壳、爪和那对强大的螯。想象一下，它们在显微镜下会如何演绎一场海底的战斗剧呢？

2.4 光学显微镜和SEM样品

现在，我们已经准备好了所有的样本。对于光学显微镜，将所有的样本（长度小于1㎝）用双面胶粘在载玻片上面，并做好标记，见图4中的A图。对于扫描电镜，所有海藻和虾、螃蟹和贝壳的样本切取约 0.5 cm × 0.5 cm 大小用镊子平贴于导电胶台上，在离子溅射仪进行喷金处理后（增加样品导电性），于扫描电镜下观察表面结构，见图4中的B图和C图。每个样本都像是海洋世界的一个小秘密，等待你去发现、去探索。调整好显微镜，让我们一步步揭开这些海洋生物的秘密生活吧！

图4 光学显微镜和扫描电子显微镜的样本

第四部分 海藻、小虾、螃蟹与贝壳的微观真容大揭秘

1. 揭秘海洋的微观奇迹：海藻的内在世界

从超市购买的干制紫菜、裙带菜和海带，虽然已经经过加工和干燥处理，但在显微镜下仍然可以观察到一些微观结构特征。

1.1干制紫菜的微观之旅

将干制的紫菜（见图5）置于显微镜下，米粒发现以下情况（见图6）。

图5生活中常见的干制紫菜

（1）整体外观描述：干制紫菜的表面呈现出复杂多变、形态不规则的纹理结构，由众多相互连接的小单元构成，形成了较大规模、类似波浪的图案。

（2）不同放大倍数的观察对比：

1）放大20倍（图6左图）：显示的是较为粗糙且不均匀的结构，可以看到许多小孔和不规则的形状。这些孔隙或裂缝的颜色较深，可能是由于干燥过程中水分蒸发形成的。这些暗色的孔隙与周围较浅的细胞组织形成了对比。

2）放大300倍（图6右图）：展示了更为细致的结构，观察到细小的纤维状物质和一些更小的颗粒。纤维状物质颜色较深，小颗粒可能是淡色或带有色素沉着。

（3）颜色与反光特性：干制紫菜的表面呈现出一定的光泽度，这可能是由于干燥过程中的特定化学成分或物理性质所导致。不同角度和强度的光线照射下，表面的亮度变化不一，增强了其三维立体感的视觉效果。

总结而言，干制紫菜的多孔、纤维状结构，以及深绿色或黑紫色的颜色特征，与它在宏观上的薄而脆、色泽深沉的特点相吻合，有助于其在吸水时迅速膨胀，恢复柔软质地和鲜亮的绿色。

图6 干制紫菜在光学显微镜（彩色图）和扫描电子显微镜（灰度图）下的形貌

1.2裙带菜的微观奇观

将干制的裙带菜（见图7）置于显微镜下，米粒发现以下情况（见图7）。

图7生活中常见的干制裙带菜

（1）整体外观：干制裙带菜的表面呈现出一种复杂的、不规则的纹理结构。这种结构由许多相互连接的小单元组成，这些小单元形成了较大的、波浪状的图案。

图8干制裙带菜在光学显微镜（彩色图）和扫描电子显微镜（灰度图）下的形貌

（2）放大倍数对比：

1）放大20倍（图8左图）：在较低的放大倍数下，可以观察到粗糙的结构细节，表面凹凸不平，某些区域密集程度较高。

2）放大2000倍（图8右图）：在较高的放大倍数下，结构特征更为精细，显示出复杂的三维形态，每个层次都有独特的形状和排列方式。

（3）颜色与反光：干制裙带菜表面具有一定的光泽度，可能由干燥过程中的特定化学成分或物理特性所致。光线照射的角度和强度不同，导致表面亮度不一，反映出三维立体感。

1.3海带的微观之谜：海洋中的“森林”切片

最后，米粒将干制的海带（见图9）放置在显微镜下，探索这片海洋中的“森林”切片，米粒发现以下情况（见图10）。

图9生活中常见的干制海带

（1）整体外观

干制海带以其浓郁的色彩，从深褐到墨绿，夺人眼球，细腻的褶皱仿佛在低声诉说着它在海洋怀抱中缓缓生长的故事。每一道皱褶都铭记着海水的轻柔和海风的细腻。其表面轻轻覆盖着一层细小的盐晶和沙粒，这些自然留下的印记，见证了海带在阳光洗礼下晾晒，与自然环境的深情交融，赋予其一种未经雕饰、纯净天然的美。

图10干制海带在光学显微镜（彩色图）和扫描电子显微镜（灰度图）下的形貌

（2）放大倍数对比

放大20倍（图10左图）：显示了干制海带表面的粗糙和不规则性，同时还可以发现有一些凹凸不平的区域。海带表面的盐晶和沙粒也变得可见，它们像细小的亮点散布在海带的表面上，这些是海带在晾晒过程中从海水中吸收或沉积的。

放大2000倍（图10右图）：展示了细小的纤维状物质交织形成的复杂网络结构。这些纤维可能是海带细胞壁或蛋白质纤维，同时结构中散布着不规则形状的物质，可能是其他有机物或矿物质。

（3）颜色与反光

干制海带的表面具有一定的光泽度，这可能与干燥过程中的特定化学成分或物理特性有关。不同角度和强度的光线照射下，表面亮度的变化反映出其三维立体感。

2. 揭秘海洋的微观奇迹：虾的内在世界与生存智慧

在广袤的海洋之下，隐藏着一个充满奇迹的微观世界。今天，我们跟随勇敢的显微镜探险家米粒，一起深入虾的内在世界，探索这些小型海洋生物的生存智慧，选择日本猛虾蛄作为虾的代表。在显微镜下观察日本猛虾蛄（Harpiosquilla japonica）的触角、壳和爪子的微观结构时，我们可以发现以下特征（见图11）。

2.1触角的微观结构特征

（1）触角是长而细的结构，用于感知与搜寻食物。

（2）在高倍放大镜下（如1000倍），可以看到触角表面覆盖着微小的感觉毛或纤毛，这些结构帮助虾蛄捕捉环境中的化学信号和机械刺激。

2.2壳的微观结构特征

（1）在低倍放大镜下（如10倍），可以观察到壳表面的纹理和颜色变化。

（2）高倍放大（如40倍或更高）则能显示出更精细的结构细节，包括壳上的微小突起、凹陷以及可能的生长纹路等。

2.3爪子的微观结构特征

（1）在爪子的表面，尤其是在关节和尖端部分，分布着许多微小的刚毛。这些刚毛有助于增加摩擦力，提高抓握能力，同时也可能参与感知周围环境。

（2）虾的爪子由多个关节连接而成，每个关节都允许在一定范围内活动。微观上，这些关节区域具有复杂的连接结构，允许灵活的运动。

通过这些微观结构的观察，我们可以更好地理解日本猛虾蛄的身体构造及其生物学特性。

图11日本猛虾蛄在光学显微镜（彩色图）和扫描电子显微镜（灰度图）下的形貌

2.4虾外壳的元素分布

通过SEM配置的X射线能谱仪分析，可以观察到不同元素在虾壳表面的分布情况，从而了解其结构和组成的复杂性（见图12）。

（1）C（碳）：红色区域，有机物质，维持结构和柔韧性。

（2）Ca（钙）：蓝色区域，主要无机成分，提供硬度和保护。

（3）Mg（镁）：黄色区域，主要在外层，增强硬度和稳定性。

（4）N（氮）：紫色区域，与蛋白质相关，影响弹性和修复。

（5）O（氧）：绿色区域，与钙形成碳酸钙，参与化学键合。

综上所述，虾壳主要由无机矿物质如碳酸钙以及有机物质如蛋白质等组成。

图12日本猛虾蛄外壳的元素分布

3. 海洋微观探险记：米粒探险家揭秘螃蟹的生存密码

在海洋的深处，螃蟹以其独特的爪子和坚固的壳，成为了海底世界的有力竞争者。今天，我们跟随勇敢的显微镜探险家米粒，选择武士蟳（Charybdis japonica）作为螃蟹的代表，在显微镜下观察武士蟳的鳌、壳和爪的微观结构时，我们可以发现以下特征（见图13）。

3.1螯的微观结构特征

（1）表面存在许多小孔，这些结构有助于物质交换，如氧气和二氧化碳的交换，同时也可能是感觉器官的一部分。

（2）上面分布着细长的刚毛，度通常在几十微米到几百微米之间，形状多样，有的直，有的弯曲。这些刚毛增加了螯表面的粗糙度，有助于提高抓握力。

3.2壳的微观结构特征

（1）壳的表面相对平滑，但具有多层几丁质构成的纹理。

（2）我们看到的螃蟹壳上的毛是刚毛，它们主要用于感觉环境、保护自己和伪装。

（3）壳上有许多小孔，这些气孔形状规则，多为圆形或椭圆形，大小约在几微米到几十微米之间。气孔用于气体交换，允许氧气进入鳃室，同时排出二氧化碳。

图13武士蟳在光学显微镜（彩色图）和扫描电子显微镜（灰度图）下的形貌

3.3爪的微观结构特征

（1）爪子的末端尖锐，适合精细操作。

（2）比螯小，但具有相似的锯齿状边缘。

（3）爪子上也分布着刚毛，这些刚毛较螯上的更为密集，有助于提高爪子的感知能力和抓握力，长度通常在几十微米左右。

（4）爪子上同样存在气孔，它们与壳上的气孔相似，但数量较少，孔径较小，同样用于气体交换。

这些微观结构的特征揭示了螃蟹如何适应其生活环境，通过复杂的刚毛和气孔系统来提高其生存能力。

3.4螃蟹壳的元素分布

螃蟹壳上的气孔在显微镜下呈现出类似浩瀚星空的景象。通过SEM配置的X射线能谱仪分析，我们可以清晰地观察到不同元素在蟹壳表面的分布情况，进而深入了解其结构和组成的复杂性（见图14）。

（1）C（碳）：见红色区域，主要分布在螃蟹壳的外层，这可能意味着外层含有更多的有机物质，如甲壳素，它为螃蟹提供保护和结构支持。

（2）Ca（钙）：见蓝色区域，分布在整个螃蟹壳上，但在内侧更为集中，呈蓝色。钙是形成碳酸钙晶体的关键元素，而碳酸钙赋予了螃蟹壳硬度、支持和保护功能。

（3）O（氧）：见绿色区域也遍布整个螃蟹壳，尤其在边缘部分较多，呈绿色。氧可能与水的存在有关，因为水分子中的氢和氧有助于保持螃蟹壳的灵活性和强度。

总的来说，螃蟹壳由有机和无机成分组成，各自发挥着不同的作用：有机成分赋予柔软性和初步防护，无机成分则贡献了硬度和持久保护。

图14武士蟳外壳的元素分布

4. 米粒探险家的海洋奇遇：揭秘贝壳的层状结构与色彩之谜

在广袤无垠的蓝色海洋中，有一位勇敢的小探险家，名叫米粒。米粒不满足于在陆地上探索，他将目光投向了深邃的海洋，那里有无数的秘密等待着他去发现。今天，我们选择日常生活中常见的花甲，学名为波纹巴非蛤（Paphia undulata）作为代表，通过显微镜揭开贝壳那层状结构与五彩斑斓色彩的神秘面纱，见图15和图16。

图15 波纹巴非蛤（花甲）在光学显微镜（彩色图）和扫描电子显微镜（灰度图）下的形貌

4.1角质层（贝壳外层）

（1）低倍率（10x 和 20x）

1）颜色：通常呈现为淡黄色或棕色，20x时颜色可能更深，细节更加明显。

2）结构与形状：表面相对粗糙，有明显的层状结构，观察到不规则的突起和小颗粒，这些颗粒可能呈现圆形、椭圆形或不规则形状。在10x时，颗粒大小大约在100μm左右；在20x时，颗粒更加清晰，大小约为50μm，表面纹理呈现波浪状或交错排列。

（2）高倍率（30x和100x）

颜色：颜色可能更加饱和，细节更加突出。

结构与形状：在30x下，可以看到更细小的纹理和层状结构；在100x下，结构变得非常复杂，呈现出交织的纤维状或薄片状，颗粒和纹理呈现出更加精细的几何形状，如多边形或细长的线条，大小分别约为500μm和100μm。

（3）极高倍率（10000x和20000x）

颜色：在这些超高倍率下，角质层的颜色呈现出深浅不一的色调，反映了不同成分的分布和密度。

结构与形状：微观结构特征尺寸分别约为0.5μm和更细微的0.2μm或更小，呈现出层次分明的结构。孔洞、褶皱和细微裂缝等纳米级别的细节清晰可见，形成了不规则的多边形、圆形或其他复杂形状，从细小的颗粒到纤细的纤维，这些结构的长度和宽度分别可达几微米到几十微米不等。

4.2珍珠层（贝壳内层）

（1）低倍率（10x）

颜色：通常为白色或带有光泽的银色。

结构与形状：表面较为平滑且具有光泽，可能观察到较大的圆形或不规则的斑点，这些斑点代表珍珠质的沉积区域，其大小大约在100μm左右。

（2）极高倍率（10000x和20000x）

颜色：在高倍率下，颜色趋于单一，但可能因光学效应出现色彩变化。

结构与形状：呈现出非常精细且有序排列的晶体结构，晶体形状多为六边形或其他规则的几何形状，这是珍珠质特有的晶体排列方式。这些微小的晶体状结构和紧密排列的小单元，大小分别大约在5μm和2μm左右，共同构成了珍珠层特有的微观形态。

图16 波纹巴非蛤（花甲）外层的元素分布

4.3角质层（外层）的元素分布

通过SEM配置的X射线能谱仪分析，我们可以清晰地观察到不同元素在波纹巴非蛤（花甲）外层的分布情况，见图16。

（1）Ca（钙）：见蓝色区域，分布在整个贝壳的外层上，这符合贝壳主要由碳酸钙组成的特性。

（2）C（碳）：见红色区域，碳元素可能来自于有机质或生物组织残留物。

（3）Na（钠）：见紫色区域，钠元素也可能来源于贝壳中的杂质或是周围环境的影响。

（4）O （氧）：见绿色区域，氧元素是构成水分子的重要部分，因此其分布可能与贝壳内部的水分含量有关。

（5）Mg （镁）：见蓝色区域，相对其他元素较少，增强贝壳外层的硬度和稳定性。

第五部分 观察成果汇总——显微镜下海洋生物的奇妙发现通

过显微镜，我们窥探到了一个充满奥秘的微观世界，发现了海洋生物们不为人知的结构和功能：

1.在显微镜的镜头下，干制紫菜、裙带菜和海带展现了它们独特的生存智慧：

（1）干制紫菜：其表面呈现出由小单元构成的波浪状图案，粗糙而不均匀，充满深色孔隙和纤维状物质。这些结构不仅是在干燥过程中的产物，也是其迅速吸水膨胀、恢复活力的关键。

（2）裙带菜：拥有复杂的不规则纹理，小单元相互连接，形成凹凸不平的表面。在高倍显微镜下，其三维形态和层次感更加明显，展现了其精细的结构设计。

（3）海带：多孔且疏松的表面，波浪状图案由小单元构成。在高倍显微镜下，纤维状物质交织成网络，不规则形状的物质散布其间，揭示了其独特的生存策略。

2.日本猛虾蛄的微观结构揭示了其生存智慧的精巧设计：

触角长而细，表面密布感觉毛或纤毛，用于感知和搜寻食物；壳在显微镜下展现出纹理和颜色变化，微小突起和生长纹路体现了其复杂结构；爪子由多个节段构成，具有精细的钩状抓握结构。虾壳由碳、钙、镁、氮和氧等元素组成，这些元素共同作用，维持柔韧性、提供硬度、增强稳定性，并影响弹性和化学键合，从而揭示了日本猛虾蛄的身体构造和生物学特性。

3. 螃蟹的微观结构揭示了其适应海底生活的独特特征：

螯部表面锋利且有刚毛，增加抓握力；壳多层几丁质纹理，表面刚毛用于感知和保护，小孔用于气体交换；爪子尖锐，锯齿状边缘，刚毛密集，提高感知和抓握能力。蟹壳由有机和无机成分组成，外层富含碳，内层钙集中，氧元素遍布，共同赋予壳硬度、灵活性和保护功能。

4.贝壳的微观结构揭示了其独特的层状构造和色彩之谜：

波纹巴非蛤的微观结构特征表现为角质层（外层）粗糙、层状，含有不规则颗粒和纳米级孔洞，颜色随倍率增加而饱和，而珍珠层（内层）平滑、有光泽，具有精细的六边形晶体结构；元素分布显示Ca主导，辅以C、Na、O和少量Mg，共同构成其独特的硬度和稳定性。

第六部分 启发思考——鼓励孩子们继续探索自然世界，保持好奇心

通过这次显微镜下的海洋生物探险，我们不仅窥探到了一个充满奥秘的微观世界，还发现了海洋生物们不为人知的结构和功能。干制海藻、虾、螃蟹和贝壳的微观结构揭示了它们独特的生存智慧，这些结构不仅帮助它们在海洋中生存，还展示了自然界的设计多样性。通过观察和分析这些微观结构，我们能够更好地理解海洋生物的生物学特性，并在科学研究中得到启示。

这次探险之旅让我们认识到，海洋生物的结构和功能与它们的生活环境密切相关。海藻的多孔性结构有助于保持干燥状态，虾的触角和壳提供了保护和抓握能力，螃蟹的螯和壳则展现了其强大的生存策略。这些微观结构的特征不仅在外观上引人注目，而且在生物学、材料科学等领域具有重要的研究价值。

此外，这次探险也让我们意识到，保护海洋生物和生态环境的重要性。海洋生物在维持生态平衡、促进营养循环、净化水质、调节气候等方面发挥着重要作用。因此，我们应该更加关注海洋环境保护，确保海洋生物的生存环境。

最后，这次探险之旅激发了我们探索自然世界的好奇心。好奇心是人类进步的源泉，它推动我们不断探索未知的世界，发现更多大自然的奥秘。希望孩子们能够保持这份好奇心，继续探索未知的世界，发现更多大自然的奥秘。同时，我们也应该鼓励孩子们参与到科学探索中来，培养他们的观察力、想象力和创造力，为未来的科学研究和科技创新打下坚实的基础。

委燕 曲焕然 李佳男 吴云娣

南海海洋资源利用国家重点实验室

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来源: 海南大学科普团队

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