压力超过200个大气压，没有一丝光线的深海里居住着什么样的生命？

深海像沙漠一样，满目荒凉，鲜有生命。但沙漠之中也有绿洲，而海底火山的热流喷口，就像沙漠中的绿洲，给冰冷的海底加入火热的温度，滋养着周围生机勃勃的生命。铁甲蜗牛，正是绿洲中的生命之一。

铁甲蜗牛，蜗牛家族里的大块头，背壳直径达到5厘米。大蜗牛居住在印度洋水深2700米热流喷口处。它的背壳覆盖了一层硫铁化合物的铁甲，铁甲可不是周围矿物质的沉积灰，而是蜗牛凭自己肉身炼制生长的。肉身炼制金属铠甲，自然界中只有铁甲蜗牛能做到（目前为止，还没发现其他动物有这项能力）。

除了独一无二的玄铁铠甲，大蜗牛还长了跟其他蜗牛不一样的腿脚。它的腹足上披挂着一层重叠的鳞片，鳞片跟背甲的材料类似，含有大量的硫铁化合物。比起铁铠甲，挂了铁鳞片的腹足更引人注目，铁甲蜗牛的学名以此命名，叫做：鳞角腹足蜗牛（Chrysomallon squamiferum）。

在其他蜗牛吃菜叶子长几丁质甲壳的时候，铁甲蜗牛为什么能长出铁甲壳？

铁甲蜗牛的内在结构

相比其他蜗牛，铁甲蜗牛肉体最奇特的地方有2处，一是不吃饭也长肉，二是有颗大心脏。

1、不吃饭也长肉

深海热流喷口附近，环境恶劣。海水中一高一低，硫化氢（H2S）浓度高，氧气浓度低。生活在附近的铁甲蜗牛，找不到可以果腹的食物，干脆不吃饭，在地上捡点儿泥巴吃。不吃有机物，只会喝毒水吃土石的蜗牛，全靠肚子里的细菌给身体提供能量。

相比普通蜗牛，铁甲蜗牛的身体结构有显著改变，为跟它共生的细菌打造了一个更加舒适的生活空间。

不吃饭，不用自己消化食物的铁甲蜗牛，消化系统缩小了很多，体积只有普通蜗牛消化系统的10%那么大。在简化的消化系统中，胃、肠都有缩小，但是食道腺的体积却明显扩大。在扩大的食道腺内，生活着一种单一细菌群落，γ-蛋白菌（γ-proteobacteria）。这类蛋白菌是化能自养微生物，类似于硫细菌和铁细菌，通过氧化硫化氢、铁化物的化学反应，产生能量，将碳元素固定到有机物中，给铁甲蜗牛提供营养。不吃饭的蜗牛，胃和肠子里唯一的物质是些石头一样的颗粒--硫铁化物。

与铁甲蜗牛的共生的细菌，不仅能内服，还能外用。在它的鳞片腹足上，驻扎着3种细菌群落： γ-蛋白菌，ɛ-蛋白菌，δ-蛋白菌。蜗牛分泌粘液将多种细菌粘在腹足上，细菌们参与了铁鳞片的制作，成品的主要成分是 FeS2和Fe3S4。

跟普通蜗牛不同，铁甲蜗牛肥大的腹足没法缩回到背壳里。它给腹足挂上铁鳞片，就能抵御海底喷口喷出的热流和腐蚀性液体。腹足一直裸露在壳外，以前遮掩甲壳口的鳃盖没用了，所以，铁甲蜗牛的鳃盖消失了。

共生细菌γ-蛋白菌在有氧的情况下，工作效率更高。切换到无氧模式下，工作效率要低一些。为了给细菌提供充足的氧气，铁甲蜗牛长了一个比其他蜗牛要大的鳃，鳃的体积占身体体积的15.5%，增加的鳃表面积提高了从深海低氧水中提取氧气的能力。

上图是铁甲蜗牛的鳃。

2、有颗大心脏

消化系统缩减的铁甲蜗牛，呼吸系统增强了，还有，血液循环系统增强的幅度更大。

在蜗牛鳃的背后，是一颗非常大的心脏。铁甲蜗牛的心脏占身体体积的4%，而你的心脏只占身体体积的1.3%。连接强健心脏的是密集的血管网络，密密麻麻的血管包裹着食道腺，给腺体内的细菌输送所需养分。

上图是英国牛津大学团队绘制的铁甲蜗牛3D解剖图1，红色所示是血液循环系统，中间是蜗牛的单腔大心脏。发育良好的心室，心室壁非常厚，心肌增强。

铁甲蜗牛的血液循环系统不仅能输送氧气，而且还能输送硫化氢。蜗牛的血红蛋白分子上有跟硫化氢结合的特定点位，血液能把氧气和硫化氢运给体内硫自养细菌使用。除了血液运输外，呼吸系统能否运送硫化氢，还待研究。

上图是团队绘制的体内解剖图2，以颜色区分内部器官。灰色：消化道，绿色：食道腺，红色，循环系统，品红：神经系统。[头条-法兰西is培根-未经授权请勿转载其他平台]

铁甲蜗牛的外在铠甲

铁甲蜗牛的肉体给共生细菌打造了一个安全舒适的生活空间，细菌回报蜗牛一副独一无二的铠甲。

铁甲一共三层，含铁化物的金属颗粒只有最外层才有。三层甲壳各有特点，各有作用。从外到内分别是：含铁矿化层，厚实的有机层，坚硬的钙化层。

上图是美国麻省理工大学纳米技术团队解构的铁甲分层。

• 最外层，30μm厚的薄层，硫化铁颗粒和有机物组成的复合结构。外层形成非均匀的波纹状表面，导致了不均匀的厚度。外层上的硫铁颗粒是 FeS2和Fe3S4，涂了一层铁的铠甲抗击耐磨。用瑞士军刀划割表面，只留下浅浅一道白痕。Fe3S4跟Fe3O4结构类似，有铁磁性，也就是说，蜗牛的铁甲像吸铁石一样能够吸附铁器。

• 中间层，150μm厚的有机角质层。角质层类似普通蜗牛的贝壳质外层，但是比其他蜗牛壳薄薄的外层要厚实很多。

• 内层，250μm厚的结晶碳酸钙内层。内层分为3段：中间层到内层有一段渐变衔接，然后是多层碳酸钙和蛋白质交错组成的交叉层，最后是薄薄一层棱柱层覆盖住甲壳的内表面。

当螃蟹攻击蜗牛时，会用钳子夹裂蜗牛壳。如果蜗牛壳坚硬抗击的话，螃蟹会一直钳住蜗牛壳施压，有时能持续几天，坚持到甲壳受力破裂为止。对付没法钳裂的大型甲壳动物，螃蟹会用钳子扎入壳内，一次扎不透就反复扎，一直扎到肉体为止。不过，遇到铁甲蜗牛，螃蟹就无能为力了，无论是钳夹，还是扎壳，它都没法破坏蜗牛的铠甲。

团队用压头机器测试铁甲的机械性能，机器有一个金刚钻尖头。机器逐层穿透铁甲，通过测量施加在壳体上的力，和壳体产生的位移，团队能够量化分析铁甲的机械性能。

三层甲壳的作用

• 外层：外层不均匀的几何界面，分散消耗了外加能量，阻止了外力破坏下的结构分层。外层上的细微裂缝，吸收了外加势能。硫化铁颗粒还能磨损螃蟹的蟹钳，刀具的刀锋。
• 中间层：在坚硬的外层和内层中间，有弹性的中间层起到抗震作用，能阻止钙化内层受力时产生的裂缝进一步蔓延。厚实的中间层不仅能吸收外力，还能隔热，保护肉体不被热流灼伤。
• 内层：坚硬的钙化内层是铁甲的结构支撑，抵抗铁甲在外力作用下的弯曲变形。

三层甲壳比普通蜗牛的两层甲壳，在机械保护、抗磨损和抗渗透性方面都有大幅提高。学习蜗牛的铁甲，能够帮助团队设计出更好的军用装甲。

生活在深海，没有眼睛的蜗牛，在黑暗中摸索出一条跟细菌共生的路径。从此不用消化食物，只靠细菌喂养。把肉体打造成细菌工厂的蜗牛，还收获了一身铁鳞片和铁铠甲。自然界中，无论是甲壳类的外骨骼，还是肉体包裹的内骨骼，没有一种生物像铁甲蜗牛一样，以碳基肉体冶炼金属，骨骼上自然生长出金属颗粒。

铁甲蜗牛以生物之体打造了钢铁外壳，期待它在自己独一无二的路径上继续走下去，演化出更加令人震撼的铠甲。

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参考资料：

1：“Novel Forms of Structural Integration between Microbes and a Hydrothermal Vent Gastropod from the Indian Ocean”，Shana K. Goffredi et al., Applied and Environmental Microbiology, 2004

2：“The heart of a dragon: 3D anatomical reconstruction of the ‘scaly-foot gastropod’ (Mollusca: Gastropoda: Neomphalina) reveals its extraordinary circulatory system”， Chong Chen et al., Frontiers in Zoology, 2015

3：“Protection mechanisms of the iron-plated armor of a deep-sea hydrothermal vent gastropod”，Haimin Yao et al., Proceedings of the National Academy of Sciences， 2010

附：今天更新自然界里的秘密系列文章，这是第28篇：钢铁战士。在上篇《螳螂虾的铁拳能击碎所有的甲壳？》里，有同学讨论：“螳螂虾是否能击裂铁甲蜗牛的甲壳？”现在回答@精意求经的问题：不能，蜗牛的铁甲已经超越生物材质了。浅海区的螳螂虾击不裂深海蜗牛的铁甲。