滿月蛤的另類生活

你可知道，能讓生物在深海熱液噴口周圍繁榮聚集的生化過(guò)程正發(fā)生在我們周圍……

滿月蛤跟普通的蛤類不同，它們食物的來(lái)源部分或全部來(lái)自于寄生在它們?nèi)鶅?nèi)的共生菌。而最為獨(dú)特的是，這些共生菌并不是像植物那樣通過(guò)光合作用來(lái)獲取能量，而是利用周圍一些簡(jiǎn)單的化學(xué)原料來(lái)獲取能量——這種過(guò)程被稱為化能合成。多位學(xué)者近期的研究都表明，化能合成遠(yuǎn)比我們想象的更為復(fù)雜。

上圖：圖紅腹濱鷸一半以上的食物都是滿月蛤。

這是一種能讓生命在海面以下極深的熱液噴口處繁榮發(fā)展的生存之道，但不為人知的是，除了在深海的熱液噴口，這些依賴化能合成的小生命們已遍布海底。

下圖：滿月蛤中的化能細(xì)菌將腐爛的海草轉(zhuǎn)化為滿月蛤的食物，連通了從海草到紅腹冰鷸的食物鏈。

神奇的滿月蛤

滿月蛤在巴哈馬的淺水域很常見(jiàn)，很多人小時(shí)候經(jīng)常到沙灘上撿這種貝殼，但或許從沒(méi)想過(guò)它們是靠吃什么來(lái)維持生命的。現(xiàn)在，我們要開(kāi)始著手研究它們的食物來(lái)源，以此推測(cè)出它們?cè)诋?dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)中到底扮演什么角色。

1977年，在深海高溫噴口附近生存著大量無(wú)內(nèi)臟蠕蟲的發(fā)現(xiàn)震驚科學(xué)界。在沒(méi)有光線進(jìn)行光合作用，甚至在沒(méi)有一點(diǎn)上層魚類殘骸沉下深海的情況下，它們究竟是靠吃什么存活下來(lái)的？在美國(guó)哈佛大學(xué)任教的科林·卡瓦諾當(dāng)時(shí)發(fā)表了他的研究：這些小蟲子是在共生于它們體內(nèi)特殊器官的化能細(xì)菌的幫助下，利用熱液噴口周圍的硫化氫作為原料來(lái)為自身提供能量。在缺乏陽(yáng)光的條件下，這些化能合成細(xì)菌（后面簡(jiǎn)稱化能細(xì)菌）利用硫化氫經(jīng)過(guò)一系列反應(yīng)最終產(chǎn)生出“黑炭”。直到1983年，卡瓦諾證實(shí)了噴口附近的蠕蟲確實(shí)是以這些“黑炭”作為食物的。

在同一年，在一個(gè)能滲出甲烷的海床附近出現(xiàn)了相似的生物集群現(xiàn)象，而這一切同樣歸功于化能細(xì)菌。但是，硫化氫和甲烷不僅僅只在熱液噴口和海床上才有，當(dāng)有機(jī)物在低氧環(huán)境下分解時(shí)，也同樣會(huì)產(chǎn)生硫化氫和甲烷。換句話說(shuō)，化能細(xì)菌的原料可以通過(guò)分解有機(jī)物來(lái)獲取。

不管這些化學(xué)物質(zhì)的來(lái)源是什么，通常情況下，分解有機(jī)物需要在有氧條件下進(jìn)行。這讓卡瓦諾和其他研究者們意識(shí)到，化能細(xì)菌在低氧、富含有機(jī)物的環(huán)境里也能欣欣向榮。從沉積著鯨魚尸體的深海底部到公園池塘底的泥巴，都可能是化能細(xì)菌喜歡的環(huán)境。

這些細(xì)菌很常見(jiàn)，通常會(huì)和動(dòng)物一起出現(xiàn)。在20世紀(jì)80年代之前，生物學(xué)家們就陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，化能細(xì)菌生存地點(diǎn)上至紅樹林、泥炭沼澤，下至深海的熱液噴口。它們能與多種無(wú)脊椎動(dòng)物共生，小到線蟲，大到巨型蛤蚌。這些動(dòng)物作為化能細(xì)菌的避風(fēng)港，給它們提供了穩(wěn)定的生存環(huán)境;作為回報(bào)，化能細(xì)菌則為“房東們”提供食物。許多動(dòng)物十分依賴這些化能細(xì)菌，以至于自身的內(nèi)臟都可能退化或完全消失。

雙殼軟體動(dòng)物就尤其喜歡和化能細(xì)菌共生。英國(guó)的一名軟體動(dòng)物學(xué)專家認(rèn)為：全球總共有數(shù)百種依靠化能共生菌的軟體動(dòng)物，至少來(lái)自6個(gè)不同的家族。一直以來(lái)，讓人倍感興趣的是這種共生關(guān)系是如何進(jìn)行的，有人猜測(cè)這些化能細(xì)菌僅僅在海洋生態(tài)系統(tǒng)中扮演了一個(gè)非常微小的角色。然而今天，這個(gè)猜測(cè)被證明是錯(cuò)誤的。

每年大約有200萬(wàn)的紅腹濱鷸從西伯利亞遷徙到西非毛里塔尼亞一處位于潮區(qū)間長(zhǎng)滿海草的泥灘。這些動(dòng)物靠吃什么來(lái)生存一直以來(lái)都是一個(gè)謎。最終，荷蘭的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，數(shù)量龐大的紅腹濱鷸一半以上的食物都是滿月蛤。這樣看來(lái)，滿月蛤中的化能細(xì)菌將腐爛的海草轉(zhuǎn)化為滿月蛤的食物，連通了從海草到紅腹濱鷸這條食物鏈。如若不然，這些海草就會(huì)被填埋至沉積物中，大大增加了生態(tài)系統(tǒng)所能負(fù)擔(dān)的生物數(shù)量。

能量再循環(huán)

不過(guò)，這并不是自然界中唯一的植物殘骸被化能細(xì)菌再循環(huán)利用的例子。奔騰的河流將內(nèi)陸植物搗碎，然后沖入大海。但大眾普遍認(rèn)為，只有少量物質(zhì)進(jìn)入了海洋食物網(wǎng)。然而，在2009年，英國(guó)普利茅斯海洋研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，一種跟蚯蚓有著親屬關(guān)系的，名為寡毛蠕蟲的海洋生物，能有效轉(zhuǎn)化這些有機(jī)物并造福捕食它們的魚類和鳥類從而影響海洋中的食物網(wǎng)。最近，德國(guó)的科學(xué)家們進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，這些蠕蟲體內(nèi)共生著化能細(xì)菌，這些細(xì)菌和在深海熱液噴口處發(fā)現(xiàn)的蝦、蟹或者蝸牛體內(nèi)的細(xì)菌相同。現(xiàn)在還不清楚蠕蟲是如何從這些細(xì)菌身上得到好處的，有人猜測(cè)這些化能細(xì)菌能幫助蠕蟲利用大量被沖進(jìn)海灣的陸生物質(zhì)。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在新西蘭，化能細(xì)菌扮演著十分重要的角色。在這里，河流將森林垃圾沖進(jìn)海灣，產(chǎn)生了大量富含有機(jī)物的沉積物，海床上覆蓋著一大片白色“墊子”，這是稠密的化能細(xì)菌形成的，而能利用化能細(xì)菌的蛤蚌們主導(dǎo)著這一帶的食物鏈。

新西蘭科學(xué)家進(jìn)行的同位素研究表明，在約50米深處的海床周圍，化能合成是小型海洋生物最主要的能量來(lái)源，另一方面，這些小型海洋生物又是大型動(dòng)物的食物來(lái)源之一。

正如為無(wú)數(shù)海洋生物提供食物一樣，依靠化能合成的動(dòng)物也同樣能作為人類的寶貴食物。例如，在巴西的巴伊亞海岸上有一個(gè)叫町海瑞島的小島，當(dāng)?shù)厝藦募t樹林沼澤獲取滿月蛤作為食物或賣給當(dāng)?shù)鼐频辍Ｐ迈r的生蛤肉異常地美味。事實(shí)上，蛤類例如虎斑滿月蛤在整個(gè)加勒比海岸都被作為食物，這是源自當(dāng)?shù)赝林囊粋€(gè)傳統(tǒng)習(xí)俗。

上圖：滿月蛤

也正是這種滿月蛤的貝殼裝飾了很多人的婚宴餐桌。但它可不僅僅只是一種食物資源或裝飾品。這種蛤類能鉆進(jìn)表面覆蓋著水草結(jié)根的沉積物中，在里面建立屬于它們自己的王國(guó)。在荷蘭阿爾甘灣國(guó)家公園研究海草的同時(shí)，科學(xué)家注意到這樣一個(gè)有趣的現(xiàn)象：在更多蛤蚌生長(zhǎng)的地方，往往生長(zhǎng)著更多的海草。

下圖：在更多蛤蚌生長(zhǎng)的地方，往往生長(zhǎng)著更多的海草。

隨后研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室研究印證了這一發(fā)現(xiàn)。她們認(rèn)為，當(dāng)海草的葉子腐爛分解之后，沉積物中就會(huì)產(chǎn)生硫化氫。這些臭烘烘的氣體對(duì)海草的根是有毒的，會(huì)抑制海草的生長(zhǎng)。然而，蛤蚌體內(nèi)的共生菌卻能很好地除掉這些氣體。硫化氫越多，意味著化能細(xì)菌能提供給蛤蚌的食物就越多，所以水草和蛤蚌能夠很好地共生。

海草還能養(yǎng)活很多種動(dòng)物，包括海牛、海龜、海馬等，它還能作為許多有商業(yè)價(jià)值的魚類、貝類等生物的“托兒所”。而這所有的一切，很大程度上要?dú)w功于那些能利用化能合成菌的蛤蚌。

還有多少其他的生態(tài)系統(tǒng)也依賴于這樣的化能合成作用呢？或許我們只是揭開(kāi)了這個(gè)領(lǐng)域的冰山一角。有科研人員提出疑問(wèn)：既然化能合成對(duì)于海洋生態(tài)系統(tǒng)如此重要，那在其他環(huán)境下情況又是如何呢？最近的研究表明，在河流和湖泊中，化能合成同樣扮演著重要角色。這樣看來(lái)，一個(gè)在黑暗的深海中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，現(xiàn)在被證明一直存在于我們后院的池塘里，是不是令人頗為驚訝？

外星人會(huì)吃黑炭嗎？

關(guān)于化能合成的發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)比我們想象的擁有更廣泛且重要的意義，這不禁讓我們產(chǎn)生了這樣的猜想：生命能在地球以外的世界，甚至是完全沒(méi)有陽(yáng)光的地方生存嗎？

值得我們注意的是，大多數(shù)化能合成的過(guò)程都需要氧氣的參與，所以化能合成還是間接依賴于光合作用的。但這也并非絕對(duì)，研究者們發(fā)現(xiàn)，一些微生物群落能在完全不需要氧氣的情況下制造出所有它們自身所需的“黑炭”。雖然這些微生物在沒(méi)有可再生能源的條件下，還不能長(zhǎng)期存活，但在熱液噴口這樣水流源源不斷的地方卻沒(méi)有一點(diǎn)問(wèn)題。而且據(jù)我們所知，這種熱液噴口至少在地球以外的一個(gè)世界存在——土衛(wèi)二：恩克拉多斯。

在地中海地區(qū)一處咸水湖近3.5千米深的泥沼中，我們同樣發(fā)現(xiàn)了似乎不需要氧氣就能生存的小動(dòng)物。然而，要想長(zhǎng)期在無(wú)氧條件下從有機(jī)物中獲取其所有自身所需要的能量是不可能的，這意味著，這種生態(tài)系統(tǒng)并不足以維持大量的、復(fù)雜的生命體的存在，這樣看來(lái)，在土衛(wèi)二上找到智慧生命就更不可能了。