深海龍宮孕育多彩生命

王敏曉

海底熱泉的神奇之處

沐浴著溫暖的陽光，享受著五谷、蔬菜等太陽的饋贈，人們早已將萬物生長靠太陽這一“定律”銘記于心。大洋深處，高壓、黑暗無處不在，因此深海長時間內(nèi)都被認為是生命的荒漠。然而1977年的阿爾文號深潛之旅給世人帶來了大大的驚喜，原來傳說中的深海龍宮真的存在！海底有個小熔巖噴口正源源不斷地噴射熱流。伴隨著錳、硫等礦物質(zhì)的不斷析出，海水漸呈云霧狀，堆積物堆積形成一個個“黑煙囪”。更為令人震驚的景象出現(xiàn)了，海底“黑煙囪”的周圍，正舉行盛大的動物集會！這些“居民”似乎有“自虐”傾向，它們一點兒都不厭惡這個滾燙的、冒著毒氣的、甚至散發(fā)著惡臭的“黑煙囪”，反而怡然自得：各種各樣的細菌、成群的貝類、蝦蟹熙熙攘攘，在煙囪及周邊開著瘋狂派對。

科學(xué)號探索過的深海熱液精彩畫面

人們突然意識到，太陽并不是地球生命的唯一能量支撐，來自地球內(nèi)部的物質(zhì)能量孕育了一個全新的生態(tài)系統(tǒng)。更令人著迷的是，熱液噴口流體就像一鍋低氧的、富含還原性物質(zhì)的熱湯，這種環(huán)境與原始地球十分相似，科學(xué)家不禁將熱液與生命起源聯(lián)系起來—在溫度高達120℃的高溫酸性流體中，發(fā)現(xiàn)了繁衍生息的細菌也許就是最好的證據(jù)。另外，中國科學(xué)家近期在沖繩海槽的熱液中發(fā)現(xiàn)了二氧化碳等簡單無機物的超臨界形態(tài)。不要小瞧這些特殊狀態(tài)的二氧化碳，在超臨界態(tài)這一特殊的溶劑中，各種化學(xué)反應(yīng)更加容易，有機大分子的自我誕生也變?yōu)榭赡埽@正是生命誕生的前提;更令人歡欣鼓舞的是，超臨界流體在宇宙中廣泛存在，也許其中就有別樣的生命系統(tǒng)，我們在宇宙中或許不再孤單。

海底熱泉的形成

熱液是深海化能生態(tài)系統(tǒng)中最為閃耀的明星。隨著深海研究的深入，熱液的分布遠比預(yù)想的更加廣泛，它們和巖漿活動密切相關(guān)，是一對孿生兄弟。深海熱液主要分布在洋中脊、弧后擴張中心和海底火山等區(qū)域，熱液是地球內(nèi)部物質(zhì)、能量與上層水體進行交換的重要窗口，是連接巖石圈、水圈、生物圈的重要橋梁。

全球深海熱液的分布范圍

簡而言之，海底熱液形成需要三個條件：熱源、通道和流體。經(jīng)典的熱液活動模式認為：冷的海水沿著裂隙下滲，受到地?zé)峄馉t的加熱，并與周圍的巖石發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，形成富含金屬離子、酸性、還原性的熱湯。熱湯具有巨大的壓力，沿著裂隙通道噴出海底，釋放熱液流體。熱液流體由于溫度和氧環(huán)境的改變，迅速發(fā)生礦化反應(yīng)，形成煙囪體。至此，形象各異、各具特征的深海熱液噴口就在鬼斧神工之下孕育而生。

海底熱泉周邊的奇特生物

典型熱液形成過程示意圈

傳說中深海龍宮的主宰是面目猙獰的龍王，而熱液生態(tài)系統(tǒng)這一真實的龍宮中，當(dāng)家作主的卻是不起眼的細菌。在這里，它們幾乎無所不在—高達百度的熱液噴口、黑黢黢的煙囪壁、富含劇毒硫化氫和重金屬的黑色濃霧（羽狀流）甚至噴口周圍蝦兵蟹將的細胞內(nèi)部，都能找到它們的身影。它們利用自己的魔力，支撐著整個生態(tài)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)—通過各種酶反應(yīng)，利用硫化氫、甲烷、氫氣甚至金屬離子的氧化獲得能量，合成葡萄糖等有機物。它們犧牲小我，滋養(yǎng)了潛鎧蝦、深海貽貝、管蟲、擬阿爾文蟲、阿爾文蝦等其他動物，編織出錯綜復(fù)雜的“生物網(wǎng)絡(luò)”，演化出繁盛的熱液群落。

西太平洋沖繩海槽中部熱液代表性無脊椎動物

而其他生物為了適應(yīng)熱液的特殊環(huán)境，在漫長的進化過程中也各顯神通，演化出一系列適應(yīng)性特征。深海化能生態(tài)系統(tǒng)中許多無脊椎動物與龍宮主宰—細菌—親密無間，形成了你中有我、我中有你的共生關(guān)系，其中最為典型的要數(shù)管蟲和深海貽貝了。它們都是上好的房東，將家安到熱液周邊，并扎根到沉積物中獲取更多的還原性物質(zhì)。管蟲將火焰般的羽狀體伸到水中不斷搖擺，這可不是在臭美，擺動羽毛是為了與海水充分接觸以獲取足夠的氧氣;而深海貽貝的鰓上皮細胞則增生膨大，形成了特化帶菌細胞。與此同時，它們的消化系統(tǒng)發(fā)生了不同程度的退化。另外，熱液生物還練就了對硫化氫、重金屬等有毒物質(zhì)百毒不侵的護體神功，管蟲血液中含有胞外血紅蛋白，可以結(jié)合硫化物降低毒性;管蟲的近親擬阿爾文蟲更是藝高人膽大，采用以毒攻毒的方法解毒—它們利用有毒的砷作為解毒的神器，催化硫和砷結(jié)合成為雌黃以實現(xiàn)解毒的目的。

（責(zé)任編輯/岳萌 ?美術(shù)編輯/胡美巖）