低氧環(huán)境下的生存故事

撰文/津沙

低氧環(huán)境下的生存故事

撰文/津沙

通常情況下，我們會(huì)認(rèn)為增加了氧氣的深海對(duì)魚(yú)類(lèi)應(yīng)該是一件有益的事，但是千百年來(lái)，那些長(zhǎng)期蟄伏的深海生物，已經(jīng)適應(yīng)了缺氧的環(huán)境，突然有新鮮的氧氣注入，便容易產(chǎn)生氧中毒。

深海里氧氣稀薄，為了生存，生物不得不為了適應(yīng)環(huán)境而緩慢進(jìn)化。比如盡量減少活動(dòng)或者干脆不動(dòng)，長(zhǎng)期蟄伏，以減少身體對(duì)氧氣的需求。所以盡管深海里環(huán)境惡劣，還是有不少生物頑強(qiáng)地生存了下來(lái)。隨著海洋中二氧化碳濃度的上升，海水的氧含量會(huì)不斷降低，這使深海生物的“呼吸”變得更為困難，繼而，它們的覓食、躲避掠食者以及繁衍后代也會(huì)變得更為艱難。

生物學(xué)家布魯爾說(shuō)：“一旦海水中氧氣和二氧化碳的含量達(dá)到一個(gè)危險(xiǎn)的水平，海洋生物在低氧和高濃度二氧化碳海水中面臨的威脅就好比人類(lèi)在損壞了的潛水艇中要遭受的一樣。我們現(xiàn)在的工作就是幫助海洋生物界定這個(gè)危險(xiǎn)的水平，使其面臨的危害能夠被測(cè)定并反映出來(lái)。”

海洋低氧區(qū)或缺氧區(qū)又被稱(chēng)為海洋死亡區(qū)，因?yàn)榇蠖鄶?shù)生物難以在低氧或缺氧狀態(tài)下存活。美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校的科學(xué)家們對(duì)海洋低氧區(qū)的擴(kuò)張和收縮研究發(fā)現(xiàn)，氣候的波動(dòng)會(huì)顯著影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的宜居性。低氧區(qū)由海洋深處的細(xì)菌制造而成，這些細(xì)菌以海洋藻類(lèi)為食。當(dāng)海水較暖時(shí)，低氧區(qū)的深度變淺，而細(xì)菌變得更加活躍，帶動(dòng)低氧區(qū)范圍擴(kuò)大；當(dāng)海水變冷，低氧區(qū)則下沉，并隨著細(xì)菌變得“安靜”且面積收縮。

洛杉磯分校大氣和海洋科學(xué)助理教授柯蒂斯·多伊奇說(shuō)：“我們第一次證明了海洋低氧區(qū)對(duì)氣候的微小變化非常敏感，它的深度會(huì)因氣候的波動(dòng)而變化，這些缺氧地帶的面積也會(huì)隨深度的改變而變化。它的擴(kuò)張令人擔(dān)憂(yōu)。當(dāng)海洋生物無(wú)法從低氧海水中逃脫時(shí)，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)逐漸滅亡。”

可是最近，在美國(guó)的一家海灣水族館研究所里，由克雷格·麥克萊恩領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究卻發(fā)現(xiàn)生活在深海里的生物漸漸減少的原因，居然不是因?yàn)檠鯕獾臏p少而是因?yàn)檠鯕獾脑龆啵≡谀霞又莺Ｓ颍驗(yàn)橐浦擦舜罅亢鹾Ｔ澹鴮?dǎo)致了許多深海生物的消失。人們以為含氧海藻能夠改善深海生物的生存環(huán)境，卻沒(méi)想到，這反而害了那些生物。含氧海藻是一種能夠制造氧氣的深海植物，并且是普通海藻造氧量的100倍。通常情況下，我們會(huì)認(rèn)為增加了氧氣的深海對(duì)魚(yú)類(lèi)應(yīng)該是一件有益的事，但是千百年來(lái)，那些長(zhǎng)期蟄伏的深海生物，已經(jīng)適應(yīng)了缺氧的環(huán)境，突然有新鮮的氧氣注入，便容易產(chǎn)生氧中毒。

小貼士

不被氧氣毒害的方法只有一個(gè)，那就是迅速改變?cè)械纳盍?xí)慣，改靜止為動(dòng)態(tài)。只有不停地游動(dòng)，才能夠加速呼吸，讓過(guò)量的氧氣排出體外，這樣，過(guò)量的氧氣不但對(duì)它們構(gòu)成不了威脅，反而會(huì)讓它們更加具有活力。所以，生活在深海中的生物很快便會(huì)分為兩種：一種因?yàn)闊o(wú)法改變自己原有的“懶散”的生活習(xí)性而變得無(wú)所適從，甚至被“淘汰”了生命；而另一種則一改往日的靜止而快速行動(dòng)起來(lái)，因?yàn)檫m應(yīng)了由大量氧氣注入的新環(huán)境而變得“如魚(yú)得水”。克雷格·麥克萊恩最后得出結(jié)論：不是氧氣害了那些深海生物，而是它們自己的懶惰習(xí)性。

另外，科學(xué)家們也曾思考過(guò)氧氣并不是維系現(xiàn)代復(fù)雜生命生存的主要物質(zhì)。他們從1998年到2008年的10年間，進(jìn)行了3次海洋勘測(cè)，抵達(dá)地中海3000米以下極端惡劣環(huán)境中尋找生命跡象。最終，在位于希臘南部海域拉塔蘭特海盆發(fā)現(xiàn)了一種奇特的后生動(dòng)物。它可以生存于持續(xù)缺氧狀態(tài)下，也不需要新陳代謝后的含氧物質(zhì)。海盆形成于550萬(wàn)年前礦物質(zhì)沉積的洪流中，里面濃密的含鹽鹵水層厚達(dá)60多米。這個(gè)鹵水層相當(dāng)于自然障礙，可以阻止海水和沉積物質(zhì)之間的氧交換作用，使海盆完全不存在氧氣。

許多后生動(dòng)物都能容忍缺氧狀態(tài)，但持續(xù)時(shí)間并不長(zhǎng)。這種后生動(dòng)物是鎧甲門(mén)物種之一，體長(zhǎng)不足1毫米，主要生活在海底沉積物中，目前科學(xué)家尚未對(duì)這一動(dòng)物進(jìn)行命名。這一新物種與其他后生動(dòng)物有著根本性區(qū)別，在它體內(nèi)沒(méi)有線(xiàn)粒體，線(xiàn)粒體細(xì)胞能夠使用氧氣和糖生成細(xì)胞所需的能量。它非常類(lèi)似于氫化酶體，氫化酶體通過(guò)一些單細(xì)胞屬真核細(xì)胞產(chǎn)生能量，期間無(wú)需氧氣供給。研究人員稱(chēng)，棲息于有毒海盆的這種鎧甲門(mén)物種是世界上第一種無(wú)需氧氣生存的動(dòng)物，并且能夠適應(yīng)厭氧代謝。科學(xué)家將重新審定動(dòng)物的生存方式，進(jìn)一步分析它們的進(jìn)化過(guò)程。