深海熱液生物,你還藏著什麼秘密?

2020-12-18 人民網

原標題：深海熱液生物，你還藏著什麼秘密？

　　本報記者 劉 莉

　　■直擊大洋34航次科考

　　30多年前，人類認為幾千米深的海底只有極少的寡能量微生物能夠生存，因為「萬物生長靠太陽」，那裡沒有陽光和氧氣。直到1977年美國科學家搭載「阿爾文」號深潛器在太平洋加拉帕戈斯海底首次發現活動的熱液噴口和豐富的熱液生物群。此後，深海熱液新物種不斷被發現，這裡的微生物以一種之前不為人熟知的方式獲得能量，太陽對它們並不重要。

　　這裡被看作是研究生命起源和演化的極佳場所。30多年來，人類對這一特殊環境下生物的研究從未間斷，我國科學家也在這一領域取得一些進展。大洋34航次科考中也專門設立了「西南印度洋多金屬硫化物合同區」熱液生物及環境的調查項目。

　　平均每個月發現兩個熱液新物種

　　熱液噴口的發現被看作是「革命性的」，因為它徹底改變了人類對生命的認識。大洋34航次科考第二航段生物組組長、國家海洋局第三海洋研究所助理研究員施曉峰提供的資料顯示：隨著深海探測技術的發展，經過30多年的研究，目前已探察到的熱液區總計超過580個，描述的熱液生物新種已有近600種，且這個數字仍在以平均每個月兩個種的水平不斷增長。

　　在被發現的海底熱液區生物新種中，大多數均為熱液環境的特有種，包括了原生動物門和12個後生動物門，其中，節肢動物門的種類最多，軟體動物門和環節動物門次之。上述3個門類的數量佔所有熱液生物種類數量的90％以上。

　　極端環境隱藏生命起源之謎

　　熱液生物群被科學家們看作是認識生命起源的窗口。

　　據第二航段首席科學家助理、國家海洋局第二海洋研究所助理研究員雷吉江介紹，現今地球環境中殘留的與原始生命有關的信息相當少，「最早的生命怎麼來的？是什麼樣的？又是如何演化的？這是地球科學、生命科學等領域十分關注的問題。如果能找到一個地球形成初期就已存在或者與之相似的環境就可能獲得一些與生命起源與演化有關的線索」。高溫、高壓、高毒的熱液噴口正是這樣一個環境。

　　現有研究發現在熱液噴口高溫的環境中有很多嗜熱細菌，嗜熱細菌位於表現生命演化過程的「生物進化樹」最根部，可能是地球生命共同的祖先物種。熱液生物為研究這種早期生物提供可能。美國科學家曾在東太平洋底的熱液噴口附近進行了原位視像觀測，發現那裡的生物有明顯的種群更替現象，從最初的微生物為主逐漸變成大型生物為主，說明這裡存在研究生命與環境協同演化的潛質。

　　雷吉江介紹說，關於「最早的生命是怎麼來的」，有各種假說，比如有人認為最早由隕石將生命物質攜帶至地球，也有人認為是在某種特定條件下地球環境中的無機質通過化學合成生成有機質從而形成生命物質，後一種假說即著名的「有機湯」假說，一度佔據主導地位。近些年，科學家們在海底熱液噴口流體中發現了有機質分子由非生物合成的證據，使得海底熱液噴口環境成為可能揭示生命起源過程的重要場所。

　　熱液生物是被競爭的研究資源

　　熱液生物本身是否有特殊之處，使其能在高溫、高壓、高毒的特殊環境生存？對這些特殊性的研究或許能給人類的生產生活帶來改變。

　　深海生物資源是世界各國的戰略發展資源，許多發達國家已日益關注國際公共深海區的競爭和開發，深海生物研究也是國際海洋研究中的熱點課題。目前，美國國家科學基金已將深海生物列為海洋科學未來十年最重要、最有可能取得重大突破和科學發現的前沿研究方向之一。

　　我國已有數十年的大洋深海調查經驗，雖然海底熱液探索比國外晚起步二十多年，但目前已經擁有了較強的探測深海熱液活動區的實力，並已在三大洋(太平洋、大西洋及印度洋)發現了33個新熱液區。目前，我國在這些熱液區獲得了大量的深海熱液生物。施曉峰所在的課題組就曾在熱液區採集到幾種之前沒有報導過的鎧甲蝦和海蜘蛛。

　　據國家海洋局第二海洋研究所於曉果研究員介紹，熱液生物與熱液活動及熱液成礦作用相互聯繫，也構成了一個多學科交叉的海底熱液研究綜合體系，是地球科學與生命科學的新結合點，是當前國際深海研究的熱點和突破口。其中，熱液生物是敏感的環境指示者，其存亡又依賴於熱液噴口，所以能提供海底熱液活動及成礦作用的某些信息，對探尋海底熱液礦藏有重要指引和參照作用。

　　採樣難制約研究發展

　　每次電視抓斗取樣上甲板後，負責生物採樣的施曉峰總是第一個採集樣品，「因為要儘量減少汙染，所以生物樣品都要在第一時間採集」。他一般會戴著橡膠手套，拿著鑷子和塑料瓶仔細地在抓斗的各個窗口尋找附著在巖石或沉積物上的生物樣品。

　　除此之外，他還要採集海底沉積物中的微生物，沉積物樣品將暫存於低溫環境中，等待送回實驗室後對其中的微生物尤其是深海古菌進行室內培養、分離和鑑定。每次採樣後，施曉峰還有一項重要工作就是對海底表層沉積物進行篩淘。先用淡水洗開，再通過篩網過濾篩選，獲得個體大於0.25毫米的底棲生物樣品。這項工作一般需要兩個小時。施曉峰所在的國家海洋局第三海洋研究所深海底棲生物實驗室對海底甲殼類研究有很多積累，本航次科考，他們也希望獲得熱液生物中的甲殼類及其它有區域代表性的底棲生物樣品。

　　採樣是熱液生物研究的基礎，但目前的研究中採樣卻面臨一些難題：對深海物種的獲取，目前主要來源於拖網和抓斗等採樣方式，所以獲得的樣品較為零散，用施曉峰的話說「獲得樣品的隨機性和偶然性比較大」，採樣缺乏研究所需的系統性和較強的目的性，歸根結底，目前樣品種類和數量依然缺乏，採樣方式是目前開展生物研究的瓶頸。「如果採樣能集中在幾個熱液區，就能對該區域熱液生物整體分布、生物多樣性研究更加深入。」施曉峰說。

　　熱液生物還有太多的秘密等待我們發現。儘管海底熱液生物已有30多年的研究時間，但因為熱液生物在全球海底中分布廣泛，新的熱液群落又不斷被發現，所以許多熱液區的物種組成至今仍不清楚，而且熱液生物在全球海底的分布和遠距離傳播之間的內在聯繫也尚未被揭示。

　　目前太平洋和北大西洋的海底熱液系統研究相對較多，而西南印度洋中脊深海熱液區研究則較為薄弱，國際上較少踏足這片海區。目前我國與國際海底管理局籤訂的「多金屬硫化物合同區」正在這一區域。對我們而言，這或許是一個發現更多秘密的機遇。

　　（科技日報西南印度洋「大洋一號」2月6日電）

(來源:科技日報)

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