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深度和極限——深海生物

2014-04-29 00:00:00
現(xiàn)代閱讀 2014年10期

當(dāng)美國微生物學(xué)家和物理學(xué)家卡爾·沃斯得出古菌生物屬于生物體的結(jié)論時(shí),沒有人認(rèn)識(shí)到這些古菌究竟有什么不同之處,也沒有人知道這些生物究竟存在著多少種不同的種類,以及它們生存在什么地方。這些生物沒有細(xì)胞核,它們能夠在溫度超過1000℃的深海裂谷、含鹽量極高的死海、美國黃石國家公園的溫泉、奶牛和白蟻的內(nèi)臟,甚至地球內(nèi)部離地面大約3千米的地方等惡劣環(huán)境中生存。有些古菌生物已經(jīng)在這些地方生存了10億年??紤]到其惡劣的生存環(huán)境,最近發(fā)現(xiàn)的這類生物有機(jī)體被冠以“地獄細(xì)菌”的名稱。

人們對(duì)新物種的探索之旅從未停止。2002年,遺傳基因?qū)W家J.克雷格·文特啟動(dòng)了一項(xiàng)對(duì)海洋物種進(jìn)行探索的計(jì)劃。他駕駛著安裝有特殊裝備的輪船向大西洋的馬尾藻海進(jìn)發(fā),每隔300千米提取200升的海水樣品。文特發(fā)現(xiàn),每毫升海水中大約含有100萬個(gè)細(xì)菌和1000萬個(gè)病毒。在歷時(shí)3年的航行中,他所獲得的基因總數(shù)比當(dāng)時(shí)科學(xué)界所知道的基因總數(shù)要多一倍。海洋中擠滿了各種各樣的生物,而且許多生物是人類從未見過的。

在此期間,科學(xué)家繼續(xù)尋找那些躲藏在海底甚至更深處的新物種。2003年,美國馬薩諸塞州大學(xué)的微生物學(xué)家德雷克·洛維利發(fā)現(xiàn)了典型的古菌生物——121號(hào)。121號(hào)生活于海底大裂溝的熱水噴口。它們的生存環(huán)境位于地標(biāo)以下4千米處的中洋脊附近,這里是地球板塊開始延伸的地方,從這里噴發(fā)的巖漿的溫度超過1000℃。

深海一直被認(rèn)為是一個(gè)不適合生存的死亡區(qū)域。人類對(duì)深海的探險(xiǎn)開始于1943年。當(dāng)時(shí)的美國動(dòng)物學(xué)家威廉姆斯·畢比和工程師奧狄斯·巴頓通過深海潛水球下潛到914米的深度。當(dāng)時(shí)的深海潛水球是一個(gè)圓球形鋼鐵容器,它通過一條鋼纜與洋面的輪船進(jìn)行連接。畢比仔細(xì)地觀察容器窗口之外的所有物體,并把這些物體都記錄下來,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)他所觀測到的海底生物進(jìn)行的科學(xué)考察。

生于瑞士的比利時(shí)物理學(xué)家奧古斯特·皮卡德以畢生的時(shí)間和精力對(duì)他設(shè)計(jì)的熱氣球內(nèi)部氣體的原理進(jìn)行專門的研究和探索。1953年,他通過深海潛水球下潛到了海平面以下3050米的地方。1960年,皮卡德以驕傲的眼神目睹了由他的兒子雅克設(shè)計(jì)的第2代深海潛水球的誕生,其下潛到了10670米的地球最深處(即關(guān)島附近的馬里亞納大海溝)。

法國和美國共同制造的“阿爾文”號(hào)潛水艇有7.6米長,它裝備了更為先進(jìn)的操作系統(tǒng)。1977年,這艘潛水艇搭載了兩名地質(zhì)學(xué)家下潛到了位于厄瓜多爾海岸線附近的加拉巴哥峽谷。在距離海平面2.4千米的地方,這兩位地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)了溫泉,并在那里找到了一個(gè)匯集了許多神秘海洋生命形式的深海區(qū)域。他們從未預(yù)料到在這些到處都是硫磺、溫度高達(dá)300℃的環(huán)境中仍然可以找到生命形式:異乎尋常的蛤類、類似于螃蟹的動(dòng)物、巨型的蚌類、2米長的巨型管蟲、海葵以及體積更大的魚類生物。

那么,這些生物是如何存活下來的呢?1981年,也就是首次發(fā)現(xiàn)這些生物聚集區(qū)的時(shí)候,“阿爾文”號(hào)搭載的地質(zhì)學(xué)家之一約翰·科利斯指出,在沒有太陽光的情況下,熱能和已經(jīng)溶解的氫化硫,以及海底噴發(fā)的液體中含有的甲烷等物質(zhì),為各種生命形式提供了充足的能量。如果科利斯的假設(shè)是成立的,那么這個(gè)海底生態(tài)系統(tǒng)就對(duì)新的生命適應(yīng)理論進(jìn)行了證明。根據(jù)這種新的理論,化學(xué)能量和化學(xué)合成取代了光能和光合作用。

最近,美國俄勒岡州立大學(xué)的史蒂芬·喬瓦尼在太平洋海底發(fā)現(xiàn)了另外一個(gè)細(xì)菌群落區(qū),這里的每一個(gè)微生物都屬于一個(gè)全新的物種類別。此外,此深海生物群落與其他深海細(xì)菌群落之間幾乎不存在任何的共同點(diǎn),其中數(shù)量最多的物種是一種能夠從氫氣和硝酸鹽的化學(xué)反應(yīng)中獲取能量的細(xì)菌生物體。這一發(fā)現(xiàn)使我們看到了一個(gè)可能不依賴太陽能量的更大的生態(tài)系統(tǒng)。

我們對(duì)生命存在可能性的研究或許才剛剛開始。

(摘自光明日?qǐng)?bào)出版社《人一生不可不知的科學(xué)理論》 編譯:張紅軍)

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