知识就是力量杂志 - 原来传说中的深海龙宫真的存在! | 世界海洋日

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原来传说中的深海龙宫真的存在! | 世界海洋日 - 后花园网文 - 大杂烩

原来传说中的深海龙宫真的存在! | 世界海洋日 - 后花园网文 - 大杂烩

  图文/王敏晓(中国科学院海洋研究所)

  本文选自《知识就是力量》杂志

  提到“深海龙宫”,想必看过《西游记》的小伙伴们一定不会陌生,毕竟上天入地无所不能的孙大圣的兵器——如意金箍棒就是东海龙宫的定海神针!在剧中,龙宫是个好地方——有无数的奇珍异宝,美酒佳肴,龙子龙女奢华富贵,虾兵蟹将川流不息……

  但是,我们都知道“万物生长靠太阳”,而在大洋深处,高压、黑暗无处不在,怎么可能有生命存在?所以,深海长时间内都被人类认为是生命的荒漠。然而1977年的阿尔文号深潜之旅给世人带来了大大的惊喜,原来传说中的深海龙宫真的存在!

  深海龙宫好神奇!

  海底有个小熔岩喷口正源源不断地喷射热流形成海底热泉。伴随着锰、硫等矿物质的不断析出,海水渐呈云雾状,堆积物堆积形成一个个“黑烟囱”。更为令人震惊的景象出现了,海底“黑烟囱”的周围,正举行盛大的动物集会!这些“居民”似乎有“自虐”倾向,它们一点儿都不厌恶这个滚烫的、冒着毒气的、甚至散发着恶臭的“黑烟囱”,反而怡然自得:各种各样的细菌、成群的贝类、虾蟹熙熙攘攘,在烟囱及周边开着疯狂派对。人们突然意识到,太阳并不是地球生命的唯一能量支撑,来自地球内部的物质能量孕育了一个全新的生态系统。

  更令人着迷的是,热液喷口流体就像一锅低氧的、富含还原性物质的热汤,这种环境与原始地球十分相似,科学家不禁将热液与生命起源联系起来——在温度高达120℃的高温酸性流体中,发现了繁衍生息的细菌也许就是最好的证据。

  另外,中国科学家近期在冲绳海槽的热液中发现了二氧化碳等简单无机物的超临界形态。不要小瞧这些特殊状态的二氧化碳,在超临界态这一特殊的溶剂中,各种化学反应更加容易,有机大分子的自我诞生也变为可能,而这正是生命诞生的前提;更令人欢欣鼓舞的是,超临界流体在宇宙中广泛存在,也许其中就有别样的生命系统,我们在宇宙中或许不再孤单。

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  ▲科学号探索过的深海热液精彩画面

  海底热泉是如何形成的?

  热液是深海化能生态系统中最为闪耀的明星。随着深海研究的深入,热液的分布远比预想的更加广泛,它们和岩浆活动密切相关,是一对孪生兄弟。深海热液主要分布在洋中脊、弧后扩张中心和海底火山等区域,热液是地球内部物质、能量与上层水体进行交换的重要窗口,是连接岩石圈、水圈、生物圈的重要桥梁。

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  ▲全球深海热液的分布范围

  简而言之,海底热液形成需要三个条件:热源、通道和流体。经典的热液活动模式认为:冷的海水沿着裂隙下渗,受到地热火炉的加热,并与周围的岩石发生复杂的化学反应,形成富含金属离子、酸性、还原性的热汤。热汤具有巨大的压力,沿着裂隙通道喷出海底,释放热液流体。热液流体由于温度和氧环境的改变,迅速发生矿化反应,形成烟囱体。至此,形象各异、各具特征的深海热液喷口就在鬼斧神工之下孕育而生。

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  ▲典型热液形成过程示意图

  海底热泉周边的奇特生物

  传说中深海龙宫的主宰是面目狰狞的龙王,而热液生态系统这一真实的龙宫中,当家作主的却是不起眼的细菌。在这里,它们几乎无所不在—高达百度的热液喷口、黑黢黢的烟囱壁、富含剧毒硫化氢和重金属的黑色浓雾(羽状流)甚至喷口周围虾兵蟹将的细胞内部,都能找到它们的身影。

  它们利用自己的魔力,支撑着整个生态系统的运转——通过各种酶反应,利用硫化氢、甲烷、氢气甚至金属离子的氧化获得能量,合成葡萄糖等有机物。它们牺牲小我,滋养了潜铠虾、深海贻贝、管虫、拟阿尔文虫、阿尔文虾等其他动物,编织出错综复杂的“生物网络”,演化出繁盛的热液群落。

  而其他生物为了适应热液的特殊环境,在漫长的进化过程中也各显神通,演化出一系列适应性特征。深海化能生态系统中许多无脊椎动物与龙宫主宰“细菌”亲密无间,形成了你中有我、我中有你的共生关系,其中最为典型的要数管虫和深海贻贝了。它们都是上好的房东,将家安到热液周边,并扎根到沉积物中获取更多的还原性物质。管虫将火焰般的羽状体伸到水中不断摇摆,这可不是在臭美,摆动羽毛是为了与海水充分接触以获取足够的氧气;而深海贻贝的鳃上皮细胞则增生膨大,形成了特化带菌细胞。与此同时,它们的消化系统发生了不同程度的退化。

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  ▲西太平洋冲绳海槽中部热液代表性无脊椎动物

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  ▲冲绳海槽典型热液系统生物群落分布:无脊椎动物沿着热液的温度梯度呈现斑块分布

  另外,热液生物还练就了对硫化氢、重金属等有毒物质百毒不侵的护体神功,管虫血液中含有胞外血红蛋白,可以结合硫化物降低毒性;管虫的近亲拟阿尔文虫更是艺高人胆大,采用以毒攻毒的方法解毒—它们利用有毒的砷作为解毒的神器,催化硫和砷结合成为雌黄以实现解毒的目的。

  不得不承认,海洋是一个神奇的存在!虽然说人类在地球上已经占据着绝对统治地位,可在海洋里,人类绝对不算是统治者。海洋包含了很多未知的奥秘,还在等着你我去探索发现!

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