海洋深处的“超级生命”

阿尔文号在深海作业

　　人们常说万物生长靠太阳。因为阳光是生物的能量来源，植物靠阳光进行光合作用形成有机体，而动物又靠植物维持生命，所以如果没有阳光，地球上的

“阿尔文”号发现奇异的“深海绿洲”

1977年10月，美国《国家地理》杂志报道了美国地质学家的一个惊人发现。他们乘坐“阿尔文”号深潜器在东太平洋加拉帕戈斯海底裂谷中，第一次发现了充满生命的热泉口。这些奇怪的热泉高耸在2600米深的海底火山附近，就像一个个烟囱一样，向外喷吐着一股股的热液，热液的温度竟高达350℃。更奇怪的是，在热泉口附近竟浮游着各种各样的前所未见的奇异生物――大得出奇的红蛤和海蟹、血红色的管状蠕虫、大量的牡蛎和贻贝，蛇状的帽贝吞食着覆盖在岩石上的小细菌；还有一些类似蒲公英的生物，其放射状的细丝附着在海底岩石上。可热泉区以外的深海却像沙漠一般荒芜，偶尔可见几只红色的八角珊瑚、几个小海星及海葵点缀在黝黑的海底玄武岩上。这些意外发现使参加调查的科学家们大为惊奇。谁能想象得到，在永远不见阳光的漆黑海底竟有这样一个奇异美妙的“深海绿洲”!

1979年1月，美国科学家再次乘坐“阿尔文”号深潜器对加拉帕戈斯裂谷和东太平洋海隆进行考察。在水深2600米的海底火山口，科学家除了再次发现上述各种生物外，还发现了一种长得很像白鳗的鱼，这是人类所发现的第一种完全不依靠阳光生存的脊椎动物。他们进一步研究了那些引人注目的一簇簇红色管状蠕虫。这些蠕虫大的有2～3米长，其白色外套管固定在岩石上，保护着自己柔软的身躯。科学家发现它们既没有眼睛也没有嘴，甚至连消化系统也不存在，靠伸出套管顶端的触角过滤海水中的食物，由血液把这些营养物输送到全身。它们的血液格外鲜红，这是因为里面有大量富含铁质的血红蛋白。生物学家至今尚未弄清楚它属于哪个门类，也不知道它是怎么繁殖后代的。

在这个奇异的世界里，各种生物都有不少奇特的地方。一种深海蟹与它的淡水中的同类有点相似，它没有眼睛却依然无处不爬，而且非常习惯于深海的高压，以至于在海面的环境下反而命不长久。这里的巨蛤靠过滤海水中的颗粒食物过日子，体内也有红色的血液，其生长速度比深海的一种小蛤要快500倍，长成后大得惊人，竟长达30厘米。还有一种毛茸茸的深海白蚱，很像陆地上的蒲公英，样子如同一个可以浮起来的气袋，似乎同僧帽水母有一定的亲缘关系，但又有许多不同。它们常常数百个汇集在一起，各有各的分工，有的管捕食，有的管消化，还有的进行再繁殖。可一旦把它们带到海面，这些脆弱的生命顷刻就瓦解了。它们究竟是什么种属呢?人们对此一无所知。另有一种像虾一样的动物格外引起科学家的兴趣。这种动物眼睛柱柄的末端长着肉冠，用肉冠在岩石上刮取食物。还有一种长着小腿的小蜘蛛也使生物学家迷惑不解。这些千奇百怪的深海生物，无论是其生理结构还是种属关系，无论生活习性还是食物基础，对科学家们来说简直就是一堆谜团。

生命形成演化的复杂谜题

这个在没有阳光的大洋深处、在超过沸点的海水里、在高压的深海环境下的生命系统被发现后，便立即成为生命形成和演化方面“无法解答的复杂谜题”。经科学家们调查，海底热泉附近的食物密度是惊人的，而且热泉内有大量细菌迅速繁衍。为了解开这个谜，“阿尔文”号深潜器上浮后，科学家打开一瓶从深海带上来的海水样品后，顿时感到一阵恶心，因为深海水样里散发出一股臭鸡蛋的气味。那是硫化氢气体，这使他们明白了其中的奥秘。

原来，当海底火山喷发时，炽热的岩浆从地壳裂缝涌升到海底表面，海水温度便升高到350℃左右而产生热泉。这些海底热泉中含有十分丰富的化学物质。热水把附近岩石中的硫磺等矿物质溶解出来，在高温和高压的作用下，矿物质和水反应合成恶臭、有毒的硫化氢。而正是这种含有臭味的化合物隐藏着深海生物生存的秘密：在海底生命群落中，细菌可谓食物链的基础。某种硫细菌(硫化氢杆菌)借助硫化氢进行代谢，吸收热泉热能得以繁殖，细菌的不断繁殖又为其他生物提供了丰厚的食源。一些小动物以过滤这种硫细菌而生存，另一些动物又以它们为食饵。无论蠕虫、巨蛤还是贻贝，其消化系统大部分已退化，取而代之的便是体内寄生着大量的硫细菌，依靠这些细菌将体内的化学物质转化为营养物质。这样就构成了一个新的海底“食物链”，就好像陆地上植物的叶绿素进行光合作用合成碳水化合物一样，所不同之处只是高能量的硫化氢换成了阳光。这种不依靠阳光而从地球内部获取能量的“化学合成”程序，是生物科学史上的第一次发现，它具有深远的意义是不言自明的。

这种细菌有着奇特的耐高温本领，更使科学家们大开眼界。通常温度只要高于40℃，大部分植物和动物就难以生存；温度大于65℃，大部分细菌也存活不了。但这种耐高温的硫细菌在350℃的高温及高压下繁衍却很快，必定有其奥秘。究竟是何种奥秘，目前尚未知晓。不过这一发现却使人们联想起在同样高温高压下的其他星球上也有生物存在的可能性，它给我们寻求地外生命开辟了新路。

最令科学家迷惑不解的是，那些深海生物的体内存在着大量硫化氢却仍能正常生长。硫化氢对生物的毒性并不亚于我们熟悉的氰化物，它能取代氧和进行呼吸作用的酵素结合，使生物窒息致死。科学家现已查出，蠕虫血液里的血红素除了有运载氧气的作用外，对硫化氢亦有极强的吸附力，能直接把硫化氢运往硫细菌寄生的器官中，巨蛤体内则有一种特别分子去运载硫化氢，以消除其毒性。至于其他深海生物的硫化氢“解毒”机制，目前仍是一个谜。

　　印度洋和大西洋底也有惊人发现

全世界海洋里的地壳裂缝长达7万多千米，除了太平洋底的“深海绿洲”外，那里究竟有多少温泉或热泉的喷口呢?其中又有多少生物在那里生成呢?

惊人的发现接踵而至。2000年8月，日本海洋科学技术中心的“海岭”号深海调查船和“海沟”号无人探测器在印度洋进行深海热水活动调查作业中，首次发现新品种的热水喷出孔生物群。据称，这一处喷出孔位于印度洋中部水深2450米的海底，分布范围东西长80米，南北宽40米，自喷出孔涌出360℃的热水。在热水喷出孔附近发现了生息密度极高的新生物群集，包括特异的虾、蟹和鱼等的动物群。目前海洋学家已采集到30种生物标本，全部是新的品种，其中有的生物品种类似曾在太平洋洋底发现的虾、蟹和贝类。

据新华社2001年7月消息，美国华盛顿大学的科学家在大西洋底也有惊人的发现。那是一个由海床喷出的热水和矿物质形成的海底热液喷口，里面生活着大量生物!美国科学家是在研究海底山脉时偶然发现这个热液系统的。它位于水下700米深处，距离大西洋中脊15千米，处在一个名叫“亚特兰蒂斯”的海床区，因此这个新发现的海床热液喷口又被称为“失落的城市”。温度为40～70℃的热水从海床中经热液喷口喷出后，热水中的矿物质会析出并凝固起来，形成一个矿物柱。其中一个矿物柱高达60米，是迄今发现的最高的海底热液系统矿物柱。更令人称奇的是，大西洋海底热液喷口处竟生活着少量的螃蟹、海绵、珊瑚虫等动物。最多的生物则是细菌，这些细菌形态非常古老，有些海底的岩石甚至因为细菌太多而被掩盖。科学家们认为，这与30亿年前地球原始生命的生活环境很相似。

　　自然界存在第三种生命形式

海洋学家和生物学家通力合作、潜心研究证明：海洋深处的“超级生命”自有其特殊的生命机制。1996年9月，美国科学家破译了一种特殊生物的基因图谱，这种微生物可以在温度极高的海水中以二氧化碳为生。这项研究确定了自然界中除了细菌和包括人在内的真核生物以外，还有第三种生命形式。

美国基因组研究所的科学家确认了一种名叫“产甲烷球菌JANNASCHII”的太古生物共有1682种不同基因，并确知了其中38％的基因的功能。这种太古生物是科学家们在水深2582米的太平洋海底火山口边缘发现的，它生活在85℃、压强每平方厘米260千克的高温高压环境中，以二氧化碳、氮气和氢气为生，排放甲烷。为了方便研究工作，科学家们特别设计了模拟洋底条件的一个钢桶，使这种太古生物能在实验室中继续存活。科学家们发现，该太古生物部分基因与能量产生、细胞分裂和新陈代谢有关，其作用类似于在细菌中发现的某些基因；另一些基因则与转录、翻译和复制有关，其作用类似于在真核生物中发现的某些基因。既然这种太古生物2／3的基因与普通生物或微生物不同，说明它是地球上的第三种生命形式，其生存条件和生命机理与细菌和真核生物完全不同。

“太古生物”这一概念是美国伊利诺伊大学的两位科学家1977年首次提出的，是指那些可以在极冷、极热或压强极大的极端条件下存活的生命形式，而其他两类生命在这种极端环境中无法生存。迄今为止，人们已经发现了大约500种太古生物。有人据此提出了一种新观点，认为在地下存在着一个由微生物组成的、不依赖阳光和氧的新的生命世界，这就是所谓的地下生物圈假说。太平洋、印度洋和大西洋海底热泉处的生物群落，也许就是这个地下生物圈的露出部分。

这些令人心驰神往的海底热泉真的是生命的发源地吗?目前尚无定论。不过有一点可以肯定，假如某一天人类遭受灭顶之灾，地球上唯一能够幸存下来的，也许就是隐藏在深海底的“超级生命”!

（摘自《探索正未有穷期――21世纪科学难题》，江西科学技术出版社出版，定价：10.00元）