深海生命系統 - 中科院地質地球所

2020-12-04 中科院地質地球所

日前,我國「探索一號」科考船搭載的「深海勇士」號載人潛水器,在南海1600米深處發現了鯨落。

(我國科學家在南海拍攝到的鯨落圖像,

圖片來自於TS16航次共同首席科學家、中山大學海洋科學學院謝偉副教授

這是我國科學家第一次發現該類型的生態系統,更讓多數網友們第一次聽說這個帶著浪漫唯美氣息的名字——「鯨落」。

(鯨落生態群)

鯨落,與海底熱泉、冷泉,並稱為深海三大生命綠洲。

1

鯨·落·,·萬·物·生

鯨落(Whale Fall),指掉入洋盆或深淵的鯨的屍體,因為鯨類等動物巨大的身驅無法快速被食腐生物分解殆盡,而會落入海底。屍體落入海底的過程可以長達數月至數年,會為食物鏈的各類型消費者,包括深海魚類、甲殼類、多毛類、還有各種細小的生物提供食物。

(來自Youtube頻道-Nautilus Live)

最後剩下的骨架會釋放硫化氫提供給自養生物化能合成,這個過程可以持續數年,還有一些厭氧生物可以吃掉鯨骨、分解脂類。一次鯨落形成的生物聚落可以持續數十甚至數百年,在北太平洋深海洋中,至少有1萬多個生物體是依靠鯨落生存。

鯨落的演化過程,可以分為四個階段:

1

移動清道夫階段

(mobile-scavenger stage)

在鯨屍下沉至海底過程中,盲鰻、鯊魚等生物等以鯨屍中的柔軟組織為食。每天有40-60公斤的軟組織被這些生物掠去,整個過程持續數月,最長甚至可達1.5年。這一次我國科學家發現的鯨落尚處於第一階段,因此具有長期研究價值。

(位於蒙特雷灣(MONTEREY BAY)戴維森海山中的鯨落)

2

機會主義者階段

(enrichment opportunist stage)

機會主義者(一些無脊椎動物特別是多毛類和甲殼類動物)能夠在短期內適應相應環境而快速繁殖。這些生物以鯨屍的骨骼和周邊的地層為殖民地,繁衍生息。這一階段最多可以持4.5年。

(鯨落中的多毛類生物群落)

3

化能自養階段

(sulphophilic stage)

嗜硫細菌進入鯨魚骨骼,分解骨頭中的脂質。使用溶解在海水中的硫酸鹽作為氧化劑,產生硫化氫。化能自養細菌例如硫化菌,則將這些硫化氫作為能量的來源,利用水中溶解氧將其氧化,獲得能量。由於鯨魚骨骼富含脂質,佔其體重的4–6%,因此最終的消化階段可以持續50年甚至100年。

(演化到後期的鯨落)

4

礁巖階段(Reef stage)

當殘餘鯨落當中的有機物質被消耗殆盡後,鯨骨的礦物遺骸就會作為礁巖成為生物們的聚居地。

2

海·底·熱·泉

海底熱泉(hydrothermal vent)亦作海底熱液系統(Submarine Hydrothermal System),是從海底噴出經由地熱加熱過的水及其裂縫噴發口。通常發現於火山活動頻發、大陸板塊移動的地區及海盆、熱點附近。在海底常會形成海底煙囪。

(海底熱液——黑煙囪)

相對於同樣深度的其他海底地區,海底熱泉附近通常生物更為繁盛,它們倚靠分解熱泉中流出的礦物質為食。

(海底熱泉口生物豐富)

化能合成細菌和古生菌形成了此處食物鏈的最底層,支持著多樣化生物,包括巨型管蟲、一些蛤蜊和節肢動物的生存。

(加拉帕戈斯大裂谷的通風口周圍聚集著巨大的管狀蠕蟲)

一般認為生物存活必須依靠陽光,但是許多深海生物能只依靠海地的沉積物為生。深海熱泉為這些生物提供了棲身之所,海底熱泉附近的水體富含礦物質及細菌。因此其附近通常會聚集著端足類和橈足類生物,更大型的生物還有魚類、甲殼綱生物、管蠕蟲和章魚。

巨型管狀蠕蟲可長達2.4米,是深海熱泉附近最重要的生物之一。它們沒有嘴和消化道,依靠它們自身組織中的細菌生產的養分為生,每盎司管蠕蟲組織中約有2850億細菌。管蠕蟲紅色的羽狀組織中含有血紅蛋白。血紅蛋白和硫化氫結合,並且轉移到生活在管狀蠕蟲體內的細菌。細菌回報給管蠕蟲含有碳化合物的養分。

其他生活在此地的奇特生物還有鱗足蝸牛,其非常奇特的足部附有鐵化物和有機材料形成的起保護作用的鱗片。

(鱗足蝸牛特寫)

3

冷泉

冷泉(cold seep),有時稱為冷泉噴口,一般發育在洋底區域中,硫化氫、甲烷和其他碳氫化合物等豐富的流體以鹽水池的形式發生滲漏,形成冷泉。

(冷泉中的鹽水池)

「冷」並不意味著冷泉的溫度低於周邊海水溫度。與此相反,它的溫度一般稍稍高於周邊。冷泉的「冷」是相對與海底熱泉的較高溫度(至少60℃)比周圍的海水低。這樣特殊的化學條件,形成了特有的豐富生物群落。

(冷泉附近大量分布的貽貝)

冷泉形成於在地質構造活動引起的海底裂縫出。石油和甲烷從這些裂縫中「滲漏」出來,在海底沉積物中慢慢擴散,並出現寬達數百米的較大的區域。這些化學物質為嗜硫細菌等生物的繁殖提供了得天獨厚的條件。

(大量細菌生長形成的細菌墊,紅色光點為雷射測距)

隨著生態演替,不同的生物群落在冷泉附近和諧生長。

(管狀蠕蟲與貽貝共生在冷泉附近

海洋生態系統,遠比我們現今認識到的要複雜的多,不管是美麗的「鯨落」,還是熱泉與冷泉,都僅僅是海洋生態中極微小的組成。隨著我們對海洋研究的深入,更多的生命綠洲,在等著我們去探索!

(圖片來自於維基百科與Youtube)

參考文獻:

1. Scientists Break Record By Finding Northernmost Hydrothermal Vent Field. Science Daily. 24 July 2008.

2. Demise of Antarctic Ice Shelf Reveals New Life". National Science Foundation. 2007. Retrieved 14 February 2008.

美編:張 嶽

校對:陶 琴

相關焦點

  • 探秘深海 築夢深藍——中科院海洋所科技報國70年系列報導之八
    在中國科學院海洋研究所(以下簡稱「海洋所」),有一支年輕善戰、富有特色的隊伍,他們肩負著從淺海走向深海,從蔚藍走向深藍的使命,堅持多學科交叉融合,集海洋地質、海洋生物、物理海洋等精銳骨幹,一路劈波斬浪,在深海大洋中孜孜探索,試圖尋找生命最初的奧秘。這便是深海極端環境與生命過程研究中心(以下簡稱「深海中心」)。
  • 中科院深海所多渠道引入各級人才,組建深海科技聯盟
    核心人物帶人才「不知不覺中,我已經在這裡工作了6年,算是所裡的『老人』了。深海所是一個非常好的平臺,參與國家重大研究項目的機會很多,在這裡工作很有獲得感和價值感。」深海所深海地質與地球化學研究室副主任李季偉感慨。2013年,李季偉在老師彭曉彤的引薦下,從四川來到海南,投身於深海事業研究中。
  • 中科院深海所多渠道引入各級人才 吹響深海探索的海南集結號
    核心人物帶人才「不知不覺中,我已經在這裡工作了6年,算是所裡的『老人』了。深海所是一個非常好的平臺,參與國家重大研究項目的機會很多,在這裡工作很有獲得感和價值感。」深海所深海地質與地球化學研究室副主任李季偉感慨。2013年,李季偉在老師彭曉彤的引薦下,從四川來到海南,投身於深海事業研究中。
  • 中科院地質地球所歡迎你!
    1999年由原中國科學院地質研究所和原中國科學院地球物理研究所整合而成。研究所擁有一流的技術平臺,目前已建成地球物質成分與性質分析、地質年代學測定、地球內部結構探測、空間環境觀測野外臺站、古環境數據分析、數據計算處理與數值模擬、深部資源勘探裝備研發等七大技術平臺系列,具備了對從空間地磁環境觀測到地球深部探測與數值模擬進行全方位綜合研究的能力
  • 中科院深海所等在深淵地幔巖中發現非生物成因有機質
    近日,中國科學院深海科學與工程研究所研究員彭曉彤團隊與荷蘭烏得勒支大學的研究人員合作,在深淵地幔橄欖巖中發現納米級非生物成因有機質。非生物成因有機質既可為地球早期生命起源提供關鍵的碳質物質基礎,也可為地球巖石圏生命系統提供新陳代謝能量來源,該發現對於地球早期生命起源及地球深部生物圏具有啟示意義
  • 中科院深海所:創新海洋科技 扛起深海科研的海南重責
    海南日報記者 武威 攝 「深海勇士」號載人潛水器,紅白相間的外觀,外艙壁上的「三亞」標籤赫然在目,看似不大的「膠囊型」潛水器內,載人艙、推進器、聲學系統、控制系統、液壓系統等囊括其中。就是這顆「小膠囊」,去年通過了嚴謹的海試驗證,實現4500米的下潛深度,為人類探索洋底深淵,邁出了堅實的一步。
  • 地質地球所等獲得感磁微生物起源和地球早期生命演化新認識
    近年來,趨磁細菌的磁小體被確定為細菌細胞器,因此,趨磁細菌研究對認識地球生命複雜性(complexity)的演化具有重要意義。中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室研究員林巍、潘永信等聯合英國利物浦大學、美國加州大學聖地牙哥分校、澳大利亞國立大學、美國內華達大學拉斯維加斯分校等的研究人員,在野外工作的基礎上,對採集於中國和澳大利亞的南北半球不同生態環境中的趨磁細菌進行了組學研究,獲得了上百個趨磁細菌的基因組序列
  • 中科院地質地球所揭示全新世地磁場極端變化
    (原標題:中科院地質地球所揭示全新世地磁場極端變化)
  • 探訪三亞中科院深海所:從「洋底」走向「深淵」
    「深淵」的突破,還將深海領域融入智能科技,帶領民眾體驗繽紛多彩地海底世界。  近日,記者來到位於三亞的中國科學院深海科學與工程研究所,在深海研發基地看到了眾多前沿的深海探測裝備。中科院深海所所長特別助理陽寧介紹,目前,深海所已順利完成了馬裡亞納海溝萬米級人工地震剖面測線、「深海勇士」號海試任務等多項深海科考任務。
  • 第五屆地球系統科學大會在滬舉行 致力推動中國地球科學轉型
    1500餘名專家學者在上海參加第五屆「地球系統科學大會」。 主辦方供圖。 許婧 攝會議由中國大洋發現計劃專家諮詢委員會、國家自然科學基金委員會地球科學部和同濟大學海洋地質國家重點實驗室共同主辦。2010年,「第一屆深海研究與地球系統科學學術研討會」由中國大洋鑽探學術委員會發起,其目的在於促進跨學科交流,加強深海研究的輻射效應,衝破古今、海陸之間的界限,吸引更多科學家關注深海,擴大中國深海研究的學術隊伍。自2014年更名為「地球系統科學大會」以來,不僅會議的學科範圍和人員規模都有急劇增長,更重要的是會議性質的演變。
  • 中科院學習貫徹習近平總書記視察中科院深海所重要指示精神
    視察結束後,正在當地相關院屬單位調研的中科院院長、黨組書記白春禮,立即在深海所主持召開座談會學習習近平總書記視察中的重要指示精神,對下一步深海科技創新工作作出部署,並於4月13日下午在京主持召開院黨組中心組學習會進一步學習貫徹,切實提高加快中科院改革創新步伐的思想自覺和行動自覺。
  • 中科院海洋所發布5個深海生物新物種
    活動現場還揭曉了以「中科院海洋所」命名的5個深海生物新物種,分別是海洋所紫柳珊瑚(新種)、海洋所鏢毛鱗蟲(新種)、海洋所三歧海牛(新種)、海洋所異胸蝦(新種)、海洋所長莖海綿(新種)。海洋所作為新中國第一個專門從事海洋科學研究的國立科研機構,在建國之初百廢待興中應運而生,在改革開放中煥發生機,於新世紀揚帆起航。70年來,海洋所見證了我國海洋科技事業從無到有、從弱到強、從單一學科到系統研究、從「望洋興嘆」到「百舸爭流」的巨大變化。王凡表示,經過幾代科學家的艱苦奮鬥、奮發圖強,海洋所塑造了光輝的歷史。
  • 國內1500餘名學者齊聚第五屆地球系統科學大會,致力於推動我國地球...
    會議由中國大洋發現計劃專家諮詢委員會、國家自然科學基金委員會地球科學部和同濟大學海洋地質國家重點實驗室共同主辦。中科院院士、全國人大常委會副委員長丁仲禮擔任會議學術委員會主任,中科院院士、南京大學原校長陳駿,我校海洋與地球科學學院院長翦知湣,中國海洋石油總公司原總地質師朱偉林擔任學術委員會副主任。
  • 地質地球所關於黃土古氣候的研究取得重要成果
    北極冰蓋演化的信息主要來自深海氧同位素記錄,但是學術界逐漸認識到後者實際上反映的是兩極冰蓋變化的綜合環境效應,並且可能受到大洋底流水溫的嚴重影響。北極冰芯的連續環境記錄僅能夠追溯至第四紀晚期,如何獲得更老時期高緯氣候和北極冰蓋演化的信息,成為古全球變化研究的重大命題。這方面的研究對認識北極冰蓋的未來發展趨勢也具有重要的現實意義。
  • 【中國科學報】中科院地質地球所北方沙漠化研究獲突破
    【中國科學報】中科院地質地球所北方沙漠化研究獲突破 2015-02-03 中國科學報 馮麗妃 【字體:大 中 小】
  • 達爾文所指生命起源處:或是深海「黑煙囪」
    昨天,為紀念「物種起源」發表150周年,由省科協、南京地質古生物所主辦的「達爾文與進化論」科學論壇上,同濟大學汪品先院士介紹,30多年來,隨著深海生物科研的不斷深入,科學界認為:生命可能起源於深海海底熱液形成的「黑煙囪」。
  • 海洋所製成首套真實海底VR展示研究系統
    中科院海洋所所長助理、研究員李超倫介紹,這套VR系統的海底虛擬實境場景是基於2016年「科學」號科考船搭載的「發現」號深海纜控潛水器,在南海海底執行「深海近海底理化條件的現場觀測與分析」項目的三個潛次調查中,距離海底約3米左右航行,採集的200餘G的調查資料,包括海底地形、地貌、拍攝的57萬餘張高清照片等多種資料,經過數據處理、拼接製作而成。
  • 中科院深海所招聘77人!是人才你就來
    中科院深海所招聘啦!本次共招聘77人。潛艇員、電子電氣師、研究人員、人才主管、文書檔案、項目助理......總有一個崗位適合你!崗位職責、應聘條件、薪資待遇等小芒都幫你整理好了,一起看↓中科院深海所簡介中科院深海所(全稱:中國科學院深海科學與工程研究所)位於海南省三亞市鹿回頭半島,是中科院2011年批准籌建、並由海南省人民政府、三亞市人民政府和中國科學院三方聯合共建,於2016年5月正式成立的直屬中國科學院的科研事業單位,以推動國家建設海洋強國為目標、提升我國深海科學研究與海洋工程技術研發實力
  • 中國海洋大學深海圈層與地球系統...
    近日,教育部發文正式批覆中國海洋大學「深海圈層與地球系統前沿科學中心」(以下簡稱中心)立項建設,成為繼第一批七個中心之後,教育部第二批立項的七個前沿科學中心之一,也是山東省首個教育部前沿科學中心。深海作為地球系統中最大的生存空間,是建立和發展地球系統科學理論的重要窗口。
  • 中科院海洋所自主研發原位拉曼光譜定量探測深海熱液
    近日,中國科學院海洋大科學研究中心研究員閻軍團隊、李超倫團隊在深海熱液系統原位拉曼光譜定量探測研究中獲得進展,基於自主研發的深海原位雷射拉曼光譜探測系統(Raman insertion probe-RiP)對衝繩海槽中部熱液區的高溫熱液流體進行了原位拉曼光譜定量探測,在國際上首次獲得高溫熱液流體中溶解二氧化碳及硫酸根離子的原位濃度