深?！伴g歇泉”邊的生命

■ 嚴(yán)小平

深?！伴g歇泉”邊的生命

■ 嚴(yán)小平

這是一個(gè)奇怪的生物群落。奇異的管蟲，從白色的管子里伸出它們海綿狀的深紅色的頭，就像是一支支活生生的口紅。不過，這些管子很大，長達(dá)0.6米～4米。另一種蠕蟲把自己隱藏在巖石上，像一束又一束柔軟的意大利面條。沿巖石爬行著長30厘米以上的蛤。巖石和沉淀物上，糾纏在一起的毛茸茸的細(xì)菌足有30厘米厚。瞎眼蟹橫行其道，而粉紅色的魚在富含礦物質(zhì)的熱水中遨游。這些熱水是從深海海底的裂縫或者深海熱泉中涌出來的，很像是陸地上的間歇泉。

然而，更奇怪的是，所有這些生命都是在一種極端惡劣的環(huán)境中生息繁衍的，那是在2500米深的海底，那里的壓力大約為陸上正?？諝鈮毫Φ?50倍。從深海熱泉冒出的是硫化氫氣體，這種氣體對一般生物是有毒的。這里漆黑一片，因?yàn)殛柟鉄o法穿透海水到達(dá)這么深的地方。

在沒有陽光的地方，生長著如此眾多的生命，這是特別讓人驚奇的事情。在陸地和海洋表層，生命離不開陽光，陽光為綠色植物提供能量，用以進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從二氧化碳和水中生成糖。這個(gè)過程叫做光合作用。許多動(dòng)物，大的小的，都以植物為生，或以其他食草動(dòng)物為生。當(dāng)然，食物模式比這更復(fù)雜。但是，如果沒有陽光，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)崩潰。

那么，在完全黑暗的環(huán)境中，蛤、蠕蟲和其他動(dòng)物是怎樣興旺起來的呢？如果你是研究潛艇上的一名乘客，潛艇上的強(qiáng)光燈，會(huì)讓你看見從一些深海熱泉中涌出的一團(tuán)團(tuán)乳白帶藍(lán)的海水。那些深海熱泉在海底形成一個(gè)個(gè)的淺丘；另一些深海熱泉?jiǎng)t像粗壯的煙囪一樣高達(dá)30米，將密集的白色“羽毛”或黑色“煙霧”噴入水中?？茖W(xué)家知道，這些“羽毛”中的化學(xué)物質(zhì)，是這些黑暗生命的關(guān)鍵。科學(xué)家還解釋了深海熱泉是怎樣形成的，動(dòng)物是怎樣遷移的，以及這些動(dòng)物是怎樣演化成如此不同尋常的生物的。

深海海底上存在深海熱泉的第一個(gè)線索來自1974年，這時(shí)美國的海洋學(xué)家正在測量太平洋海底海水的溫度。他們工作的地方是位于厄瓜多爾以西約1000千米處的加拉帕戈斯裂谷。他們沉入海底的溫度計(jì)顯示，分散區(qū)域的溫度比2℃～4℃的正常溫度略高。1975年的考察證實(shí)了這些“熱點(diǎn)”的存在。

1976年，位于加州圣地亞哥的斯科利普斯海洋研究所派出一艘考察船，考察船拖著一個(gè)裝有溫度傳感器和自動(dòng)照相機(jī)的機(jī)器人雪橇。拍攝到的照片中，有一張顯示出一串很大的白色的蛤。這是震驚科學(xué)界的事情，因?yàn)閷σ粋€(gè)正常的蛤來說，深海海底沒有任何東西可吃。

1977年初，科學(xué)家對這些深海熱泉及其周圍的奇特生命進(jìn)行了首次直接觀察，然后他們跟蹤了這些發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)家?guī)ヒ凰医凶觥鞍栁摹碧柕男⌒脱芯繚撏?，可以把人送到海底，然后用一個(gè)帶有溫度傳感器和相機(jī)的機(jī)器人雪橇，就可潛到水中進(jìn)行間隔拍攝。

一旦經(jīng)過裂谷，溫度傳感器就顯示溫度突然增高1℃。在溫度上升的這個(gè)點(diǎn)拍攝的照片上，你可以看到，熱水源周圍的巖石上鋪滿了巨大的蛤?？茖W(xué)家輪番乘“阿爾文”號潛艇下去，用潛艇的機(jī)械手搜集巖石和海水樣本，同時(shí)直接觀察各種各樣的生命形態(tài)。他們被巨大的蛤、管蟲以及深海熱泉的其他生物驚呆了。

當(dāng)考察船上的科學(xué)家打開裝有從深海熱泉采集的海水樣本的廣口瓶時(shí)，空氣中立即充滿一種明顯的雞蛋腐爛的惡臭味道，這是硫化氫。這是這些熱水來自海底巖石地殼深處的證據(jù)。這個(gè)證據(jù)也表明，這些海水通過熾熱的巖石循環(huán)，溶解了礦物質(zhì)。其他深海熱泉已被定位在太平洋。1985年，在大西洋中脊發(fā)現(xiàn)一大片黑色的“煙霧”。

科學(xué)家有關(guān)深海熱泉形成的解釋，是建立在對地殼動(dòng)力學(xué)理解的基礎(chǔ)上的。地殼是由巨大的形狀不規(guī)則的巖石板塊構(gòu)成的，這些板塊緩慢但卻是不斷地在下面的巖漿（熔融巖石）上運(yùn)動(dòng)。一個(gè)板塊可能沿著一邊向相鄰的板塊俯沖下去；而另一邊，則可能與相鄰的板塊撕開。板塊在水下拉開，就會(huì)在海底形成很深的裂口。于是，沿著這些裂口形成了一個(gè)個(gè)深海熱泉。

當(dāng)兩個(gè)地殼板塊相互拉開時(shí)，巖漿就從下面噴出，作為熔巖填補(bǔ)缺口，并形成新的地殼。當(dāng)這些熔巖侵入海洋深處冰冷的海水時(shí)，就會(huì)變硬并破裂。海洋深處的這些板塊的運(yùn)動(dòng)和巖漿的膨脹與收縮，又使更多的熔巖破裂和變硬。然后，深深地滲入裂縫的海水剛被巖漿上面的巖石加熱，接著就開始了通過其他裂縫網(wǎng)返回海底的緩慢旅程。從最熱的深海熱泉涌出來的海水溫度約為350℃，遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)。不過，周圍海水的巨大壓力，平息了來自地心的澎湃熱情，過熱的海水始終沒有沸騰。

科學(xué)家還不知道海水的地殼之旅有多遠(yuǎn)或多長。當(dāng)這些過熱的海水進(jìn)行它們的旅行時(shí)，順便從巖石中獲取了礦物。當(dāng)海水從深海熱泉出來，就負(fù)載了被溶解的硫，以及如鐵、銅、錳和鈣這樣的金屬。當(dāng)這些水接觸到海底寒冷的水時(shí)，某些化學(xué)反應(yīng)就會(huì)把被溶解的金屬變成漂亮的、粉狀的顆粒，賦予它們繽紛奪目的色彩。

據(jù)估計(jì)，一個(gè)深海熱泉的壽命大約是10年。地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，大多數(shù)深海熱泉斷流是因?yàn)樗鼈兊摹肮艿涝O(shè)施”被礦物沉淀物阻塞，這種情形和你家里的水管被阻塞一樣。

海水中的硫化氫氣體是深海熱泉周圍生命的鑰匙，而大自然的確選了一把奇特的鑰匙。硫化氫對于普通生命來說毒性是很大的，哪怕一點(diǎn)點(diǎn)也能使一只動(dòng)物的紅血球無法吸收氧氣，但某些種類的細(xì)菌卻可以從這種氣體中獲取能量。這些細(xì)菌利用硫化氫、二氧化碳和氧氣，還有氮、磷和其他溶解于海水中的營養(yǎng)物，生成自己身體所需的物質(zhì)，包括糖。這個(gè)過程叫做化學(xué)合成。生存在深海熱泉中的其他動(dòng)物則以各種方式以細(xì)菌為生。

深海熱泉附近有許多種類的化學(xué)合成的細(xì)菌，但在深海熱泉開口處極熱的水中，只有幾種細(xì)菌可以存活。它們大多數(shù)居住在離深海熱泉至少幾厘米的地方，在那兒，冰冷的海水把熾熱的深海熱泉冷卻到室溫（20℃）。大多數(shù)冷水細(xì)菌非常類似在沼澤、泥灘和海洋上層發(fā)現(xiàn)的食硫細(xì)菌。

化學(xué)合成的細(xì)菌是最古老的生命形式，根據(jù)化石證據(jù)判斷，深海熱泉的生命始于數(shù)億年前。在古代海底上已發(fā)現(xiàn)了變成化石的深海熱泉，這些地方已成陸地，位于塞浦路斯的地中海島和阿曼（阿拉伯半島上的一個(gè)國家）。

有一種理論說，現(xiàn)存深海熱泉?jiǎng)游锏淖嫦?，是生活在淺水中已經(jīng)形成的溫泉中的。當(dāng)海平面升高時(shí)，它們?yōu)榱诉m應(yīng)新的環(huán)境，把家搬到了水下更深的地方。大約6億年前，管蟲和其他生物祖先的幼蟲一定發(fā)現(xiàn)了去深海熱泉的路，并適應(yīng)了那兒的環(huán)境，然后進(jìn)化到現(xiàn)在的形式。大約2.25億年前，深海熱泉出現(xiàn)了貽貝；而蛤則出現(xiàn)于2500萬年前。

顯然，深海熱泉中的動(dòng)物是從枯竭的深海熱泉區(qū)域遷到一個(gè)新的深海熱泉區(qū)域的。當(dāng)它們還在卵或幼蟲期的時(shí)候，就被洋流帶去了。那些到達(dá)有利環(huán)境的動(dòng)物便建立起一個(gè)新的“殖民地”。

至于細(xì)菌，它們則可以來自任何角落。每一滴海水里都有細(xì)菌，它們大都處于一種假死的狀態(tài)，從海面大量落下，在深海洋流中隨波逐流。

很久以前在深海熱泉周圍建立起“殖民地”的生物，演化成了新的物種，這些物種往往是奇特怪異的?？茖W(xué)家已證實(shí)，在深海淤泥中，有大約100個(gè)新的物種。他們發(fā)現(xiàn)，任何一個(gè)深海熱泉，動(dòng)物的物種都不多，但各個(gè)深海熱泉的物種卻各不相同。科學(xué)家認(rèn)為，這種變化是所謂“奠基者效應(yīng)”所造成的。最早到達(dá)一個(gè)深海熱泉的大型動(dòng)物物種，會(huì)建立起一個(gè)群落，這個(gè)群落很快便占據(jù)了整個(gè)的食物供應(yīng)。于是，便沒有了別的大型物種的活動(dòng)空間和食物了。

在加拉帕戈斯裂谷，科學(xué)家只發(fā)現(xiàn)了一種動(dòng)物。這是一種很特別的、像花一樣的生物體，直徑約5厘米。1977年，乘“阿爾文”號潛艇考察的科學(xué)家把它們稱為“動(dòng)物蒲公英”。原來這是一叢叢功能不同、各自獨(dú)立的動(dòng)物?！盎▍病敝械囊恍﹦?dòng)物用觸角抓取食物，這些觸角裝備了帶刺的、有毒的細(xì)胞；另一些動(dòng)物負(fù)責(zé)消化食物；還有一些動(dòng)物則負(fù)責(zé)在水中搬運(yùn)整個(gè)“花叢”。

許多深海熱泉邊的巖石上，都鋪滿了意大利面條式的蠕蟲。這種蠕蟲被認(rèn)為是一種食懸浮體動(dòng)物。這種動(dòng)物用覆蓋在位于身體前端頂部一個(gè)組織（就在嘴上方）上的黏液來捕食細(xì)菌。這個(gè)組織的運(yùn)動(dòng)，驅(qū)使細(xì)菌到達(dá)動(dòng)物的嘴。它也能從水中吸收由死亡細(xì)菌釋放的有機(jī)化合物。

所有動(dòng)物中，最令人稱奇的，要數(shù)生長在加拉帕戈斯海脊和太平洋東部海脊加利福尼亞正南端一個(gè)區(qū)域的巨大管蟲。它們把自己的尾部吸附在巖石上，然后在洋流中搖晃。它們沒有嘴吸收食物，也沒有腸消化食物。因此，科學(xué)家感到十分困惑，搞不懂這些管蟲怎么能夠存活，直到他們解剖了一些管蟲，才弄明白其中的奧妙。研究者發(fā)現(xiàn)，管蟲可以儲(chǔ)藏自己的食物供應(yīng)。它們的身體上有一個(gè)奇特的部分，這一部分是由食硫細(xì)菌構(gòu)成的。實(shí)際上，一只管蟲體重的一半都是由細(xì)菌構(gòu)成的。

但是，管蟲并不吃細(xì)菌，它寧愿喂養(yǎng)細(xì)菌，而細(xì)菌會(huì)反過來為管蟲制造食物。管蟲通過它深紅色的頭，吸收細(xì)菌所需的硫化氫和所有別的東西。管蟲的頭包含了大約30萬根微小的細(xì)絲。管蟲體內(nèi)有一套血管把這些化學(xué)物質(zhì)輸送給細(xì)菌，細(xì)菌把它們混合，并釋放糖、脂肪和其他營養(yǎng)成分，充當(dāng)管蟲的食物。

同管蟲一樣，巨蛤的組織中也生長著細(xì)菌。研究表明，蛤的壽命可達(dá)25年，但“阿爾文”號潛艇上的觀察者注意到一個(gè)非常奇怪的現(xiàn)象：生活在任何一個(gè)深海熱泉中的蛤，看上去都是相同的年齡，好像沒有更年幼的一代蛤。他們推測，幼蛤漂流到一個(gè)新的深海熱泉，自立門戶，建立起自己的群落。一段時(shí)間之后，蟹來了。對于在深海熱泉中的生活，蟹沒有特別的適應(yīng)能力，于是它們成了現(xiàn)成的、豐富的食物來源。

深海熱泉中還生活著許多其他動(dòng)物，有的只待在唯一的一處深海熱泉。古老的帽貝，稱得上是活化石，加上約40種其他各類的蝸牛，正在細(xì)菌的“草原”上“放牧”；叫做水蚤的小小的甲殼類動(dòng)物吞食著吃細(xì)菌的原蟲；小環(huán)節(jié)蟲居住在貽貝里面，在貽貝的腮上，它們怡然自得地細(xì)嚼慢咽。

深海熱泉的發(fā)現(xiàn)似乎沒什么實(shí)際意義，但據(jù)微生物學(xué)家霍爾格·詹尼斯說，食硫細(xì)菌卻可能被用于清掃工廠和礦坑的垃圾和污物。所需的一切，就是一個(gè)穩(wěn)定的硫化物源，和一個(gè)靠近大海的位置。食硫細(xì)菌也可能被用來人工飼養(yǎng)貽貝。

與此同時(shí)，深海熱泉生命的發(fā)現(xiàn)，提出了眾多的生物學(xué)課題，對這些課題的研究夠科學(xué)家忙活好多年。在大西洋、印度洋和太平洋下面，洋中裂谷綿延約6.4萬千米，散布著大量深海熱泉。到1990年夏天，這個(gè)令人驚嘆的長度只探測了不到1%。

“阿爾文”號潛艇上的科學(xué)家，在佛羅里達(dá)懸崖上，發(fā)現(xiàn)了一種不同的深海綠洲。在那兒，大陸架就像一個(gè)消失在墨西哥灣中的陡峭的水下懸崖。含有甲烷氣體的水，從“懸崖”的泉眼中滲出。這個(gè)綠洲上的生命類似于太平洋深海熱泉的生命——管蟲、貽貝、蛤、小蝸牛和蟹，只不過它們的食物，是食甲烷的細(xì)菌，而不是吃硫化氫的細(xì)菌。

研究者還發(fā)現(xiàn)，興旺的綠洲是建立在從海底冒上來的石油的基礎(chǔ)上的。各種各樣的細(xì)菌都是靠這種物質(zhì)獲取能量的。

深海熱泉生命的發(fā)現(xiàn)表明，大自然比人們的想象更加神奇。在自然界里，連細(xì)菌這樣的簡單生物都能夠建立它們自己的、完整的群落。這個(gè)群落可以使更復(fù)雜的生物繁衍興旺。不需要光的生命原來如此普遍；對一種生物鏈?zhǔn)挚膳碌沫h(huán)境，對另一種生物鏈卻是福地洞天。當(dāng)科學(xué)家不斷探索深海和地球更遙遠(yuǎn)的地區(qū)，以至進(jìn)軍外層空間的時(shí)候，大自然的鬼斧神工一定會(huì)給我們更多的驚奇和想象。

（盛文娟 插畫）