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深海之底,有個“黑暗生物圈”

發佈時間:2018-03-27
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海底攝像拖體最新獲取的一張海底照片,讓“向陽紅10”科考船上的研究人員激動了一把——這張照片“抓拍”到的東西疑似海底熱液生物殘骸。

中國大洋49航次第三航段首席科學家鄧顯明27日告訴記者,下一步將到“抓拍”地點進行採樣,進一步驗證照片上的內容物。

海底熱液區生物之所以能勾起科研人員的興趣,不僅因為它們是尋找海底熱液區的重要線索,還因為它們本身就自帶神秘“光環”。

靠化學能撐起的生命系統

站在“向陽紅10”船的甲板上眺望大海,除了覓食的海鳥,難得一見其他生命跡象。在熱液噴口被發現之前,人們也曾認為深海之下幾近荒蕪。

1977年美國的“阿爾文號”載人深潛器在2500米深的海底發現,熱液噴口附近竟然生長著密密麻麻的生物。在海平面200米以下,就已是黑暗的領地。幾千米的海底,更不可能有任何光合作用存在,這些生物是如何出現的?靠什麼存活?

中國大洋49航次第三航段生物組組長王躍雲博士把海底熱液噴口附近的生物群落稱作“黑暗生物圈”。“陸地上的生命系統依靠綠色植物的光合作用支撐,而熱液區生態系統的基礎則來自化能自養細菌的化能合成過程。”王躍雲説。

海底熱液噴口通常位於地殼比較活躍的地帶。在這裡,海水沿著縫隙滲透到地殼深部,被加熱後會溶解岩石中的硫化物和金屬元素,形成所謂的熱液。高溫的熱液又順著縫隙往上涌,從熱液噴口噴出。熱液中的特殊化學物質就成了一些微生物的食糧。

王躍雲告訴記者,這些微生物可以憑藉體內特殊的發生生化反應,將無機物轉化為可利用的有機物,因此被稱做化能自養微生物。它們是最底層的生産者,為其他的多毛類、雙殼類、腹足類、甲殼類等生物提供了基礎營養物質和能量,從而形成一個比較完整的生態系統。

以高溫、高壓、劇毒環境為家

熱液噴口附近,不止是黑暗。

幾千米深的海底,高壓自不必言。被岩漿加熱的海底熱液,在噴出時溫度高達三四百攝氏度。而且熱液中含有的高濃度的金屬元素和硫化物對很多陸地生物而言是劇毒的。熱液噴口附近的微生物就生長在這樣高溫、高壓、劇毒的極端環境之中。

不但如此,熱液噴口附近的生物密度遠遠高於其周邊地區。據曾志剛編著的《海底熱液地質學》一書介紹,東太平洋海隆熱液區,有種蠕蟲直接棲息于活動的熱液噴口表面,種群密度高達每平方米500多個。在西太平洋深海噴口附近,橈足類動物的密度可達每平方米6.4104個。

目前科學家已在全球大洋範圍的熱液噴口發現數百種生物,而且還不斷在這些生態系統中發現新奇而獨特的物種。去年5月份,中國科學院海洋研究所研究人員就宣佈在西太平洋馬努斯弧後盆地水深1740米的熱液區發現了軟體動物腹足類一新屬種。

中國大洋49航次首席科學家陶春輝告訴科技日報記者,他曾在2008年乘“蛟龍號”下潛到海底,並在熱液噴口附近採集到一種管狀蠕蟲。“我在船的甲板上觀察這種管狀蠕蟲,它長得非常漂亮,但是像一種塑膠管。沒有見過它的人會認為它不是一種生物。”陶春輝説。

熱液噴口難道是生命起源之地?

在王躍雲看來,深海熱液區生態系統最有意思的地方在於它們的形成、維持和消亡過程。

“熱液區噴口附近的生物群落,有的剛剛形成,有的正在繁盛,有的正在衰落。”王躍雲告訴記者,它們隨著熱液噴發活動的開始而逐漸興盛,熱液噴發活動一旦停止,依附於它的生物群落也將逐漸消亡。而熱液噴發活動維持時間長短不一,短則幾年,長則幾十年。

據記載,1991年4月“阿爾文號”載人深潛器在位於東太平洋海隆的一處海域調查熱液活動時,沒有在熱液噴口附近發現生物群落。1992年3月,“阿爾文號”再次來到該海域時,發現很多噴發裂隙已被大量長達30釐米的管狀蠕蟲所佔據。

在不同海區,熱液噴口生物群落也有很大差異。王躍雲介紹,比如在東太平洋海隆熱液區有一種大型的巨管蠕蟲多毛類生物,至今在西太平洋、大西洋、印度洋均尚未發現。而印度洋熱液區生存著一種鱗腳腹足類生物,是印度洋熱液噴口的特有物種。中國大洋科考曾經採集了不少這種生物樣本。

海底熱液噴口附近的生命現象讓科學家對生命起源有了更多思考。關於生命起源,“熱湯假説”認為,在生命形成早期,原始海洋就像一鍋熱氣騰騰的濃湯,其中溶解了各種化學物質。高溫為化學反應提供了條件,無機小分子逐步形成有機大分子,大分子逐步形成早期生命物質。

反過來看現代海洋的熱液區,高溫、高壓、充滿多種無機小分子的環境與“熱湯假説”如此之吻合,它無疑為我們思考生命起源提供了更多啟發。(科技日報“向陽紅10”船3月27日電)

文章來源:科技日報
責任編輯:舒珺

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