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深海之底,有个“黑暗生物圈”

发布时间:2018-03-27
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海底摄像拖体最新获取的一张海底照片,让“向阳红10”科考船上的研究人员激动了一把——这张照片“抓拍”到的东西疑似海底热液生物残骸。

中国大洋49航次第三航段首席科学家邓显明27日告诉记者,下一步将到“抓拍”地点进行采样,进一步验证照片上的内容物。

海底热液区生物之所以能勾起科研人员的兴趣,不仅因为它们是寻找海底热液区的重要线索,还因为它们本身就自带神秘“光环”。

靠化学能撑起的生命系统

站在“向阳红10”船的甲板上眺望大海,除了觅食的海鸟,难得一见其他生命迹象。在热液喷口被发现之前,人们也曾认为深海之下几近荒芜。

1977年美国的“阿尔文号”载人深潜器在2500米深的海底发现,热液喷口附近竟然生长着密密麻麻的生物。在海平面200米以下,就已是黑暗的领地。几千米的海底,更不可能有任何光合作用存在,这些生物是如何出现的?靠什么存活?

中国大洋49航次第三航段生物组组长王跃云博士把海底热液喷口附近的生物群落称作“黑暗生物圈”。“陆地上的生命系统依靠绿色植物的光合作用支撑,而热液区生态系统的基础则来自化能自养细菌的化能合成过程。”王跃云说。

海底热液喷口通常位于地壳比较活跃的地带。在这里,海水沿着缝隙渗透到地壳深部,被加热后会溶解岩石中的硫化物和金属元素,形成所谓的热液。高温的热液又顺着缝隙往上涌,从热液喷口喷出。热液中的特殊化学物质就成了一些微生物的食粮。

王跃云告诉记者,这些微生物可以凭借体内特殊的酶发生生化反应,将无机物转化为可利用的有机物,因此被称做化能自养微生物。它们是最底层的生产者,为其他的多毛类、双壳类、腹足类、甲壳类等生物提供了基础营养物质和能量,从而形成一个比较完整的生态系统。

以高温、高压、剧毒环境为家

热液喷口附近,不止是黑暗。

几千米深的海底,高压自不必言。被岩浆加热的海底热液,在喷出时温度高达三四百摄氏度。而且热液中含有的高浓度的金属元素和硫化物对很多陆地生物而言是剧毒的。热液喷口附近的微生物就生长在这样高温、高压、剧毒的极端环境之中。

不但如此,热液喷口附近的生物密度远远高于其周边地区。据曾志刚编著的《海底热液地质学》一书介绍,东太平洋海隆热液区,有种蠕虫直接栖息于活动的热液喷口表面,种群密度高达每平方米500多个。在西太平洋深海喷口附近,桡足类动物的密度可达每平方米6.4×104个。

目前科学家已在全球大洋范围的热液喷口发现数百种生物,而且还不断在这些生态系统中发现新奇而独特的物种。去年5月份,中国科学院海洋研究所研究人员就宣布在西太平洋马努斯弧后盆地水深1740米的热液区发现了软体动物腹足类一新属种。

中国大洋49航次首席科学家陶春辉告诉科技日报记者,他曾在2008年乘“蛟龙号”下潜到海底,并在热液喷口附近采集到一种管状蠕虫。“我在船的甲板上观察这种管状蠕虫,它长得非常漂亮,但是像一种塑料管。没有见过它的人会认为它不是一种生物。”陶春辉说。

热液喷口难道是生命起源之地?

在王跃云看来,深海热液区生态系统最有意思的地方在于它们的形成、维持和消亡过程。

“热液区喷口附近的生物群落,有的刚刚形成,有的正在繁盛,有的正在衰落。”王跃云告诉记者,它们随着热液喷发活动的开始而逐渐兴盛,热液喷发活动一旦停止,依附于它的生物群落也将逐渐消亡。而热液喷发活动维持时间长短不一,短则几年,长则几十年。

据记载,1991年4月“阿尔文号”载人深潜器在位于东太平洋海隆的一处海域调查热液活动时,没有在热液喷口附近发现生物群落。1992年3月,“阿尔文号”再次来到该海域时,发现很多喷发裂隙已被大量长达30厘米的管状蠕虫所占据。

在不同海区,热液喷口生物群落也有很大差异。王跃云介绍,比如在东太平洋海隆热液区有一种大型的巨管蠕虫多毛类生物,至今在西太平洋、大西洋、印度洋均尚未发现。而印度洋热液区生存着一种鳞脚腹足类生物,是印度洋热液喷口的特有物种。中国大洋科考曾经采集了不少这种生物样本。

海底热液喷口附近的生命现象让科学家对生命起源有了更多思考。关于生命起源,“热汤假说”认为,在生命形成早期,原始海洋就像一锅热气腾腾的浓汤,其中溶解了各种化学物质。高温为化学反应提供了条件,无机小分子逐步形成有机大分子,大分子逐步形成早期生命物质。

反过来看现代海洋的热液区,高温、高压、充满多种无机小分子的环境与“热汤假说”如此之吻合,它无疑为我们思考生命起源提供了更多启发。(科技日报“向阳红10”船3月27日电)

文章来源:科技日报
责任编辑:舒珺

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