冷泉生物群和热液生物群:生命的诞生地

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来源: 新华网
日期: 2017-07-17

由于海底出现渗透、渗漏的现象,导致地层内部的热源从海底溢出,造成冷热泉。科学家猜想,生命的萌芽,正是在早期海底热液喷口周围,也许,这就是生命的起源地。

冷泉生物群和热液生物群有什么区别

你知道海底是“漏”的吗?海底的岩层或沉积物不是严丝合缝的,冰冷的海水会慢慢沿着缝隙往下渗漏,来自地层中的不同成分、不同温度的流体也会从海底向海水中喷溢。

当从地层中喷溢出的流体成分以二氧化碳、硫化氢或碳氢化合物(甲烷或其他高分子量的碳氢气体)为主,温度与海水接近时,称为冷泉;当从地层中喷溢出的流体,富含各种气体组分和金属元素的温度明显高于周围海水时,就是热液。

冷泉生物-深海无柄海百合

有意思的是,那些已经发育了的茂盛生物群落,往往就聚集在这些流体喷出的冷泉或热液旁边。但是由于环境的原因,热液生物群和冷泉生物群既有明显的不同,又有相似的地方。拿微生物来说,自养微生物依靠化学反应获取能量并合成有机质,大多生活在冷泉和冷泉环境中,也可以形象地说,流体中的化学物质是供养它们生存的食粮。由于大量的甲烷分布在冷泉流体和热液流体中,因此,繁衍了甲烷氧化菌,它们既能在热液环境也能在冷泉环境中生存。

在冷泉环境中有奇妙的结合,硫酸盐还原菌必须与甲烷氧化菌组合成“共生体”,双方离开彼此均不能存活。它们构成球状或圆柱状,一般情况下是甲烷氧化菌群被硫酸盐还原菌群一部分或完全包裹住。甲烷氧化菌与硫酸盐还原菌的平均数量比例为1:2。与冷泉流体化学组成不同的是,热液流体富含多种金属离子和氢气等。所以在热液环境中,微生物群会以氢气或金属离子等为“食”,在这里自在生活的有铁氧化菌、氢氧化菌、锰氧化菌和铁还原菌等。

前所未见的奇异生物:大得出奇的红蛤和海蟹

目前已经发现的冷泉动物物种超过210种,而热液动物物种超过500种。其中,常见的在冷泉或热液环境中居住的有管状蠕虫类,如贻贝、蜗牛、腹足、帽贝、蛤和虾等动物。常栖息于冷泉或热液环境中的有多毛类,如螃蟹、海绵、棘皮、海葵和藤壶动物等。尽管管状蠕虫、贝类等动物的踪迹在冷泉和热液环境中都有,但在生理特性上有很大的差异,在生物分类学上也隶属于不同的种属。以管状蠕虫为例,管状蠕虫在热液环境中每年最快可以长0.8米,管体长度最长可以达到3米,被认为是地球上生长最快的动物之一。生活在冷泉环境中的管道蠕虫相比之下生长很缓慢,长到两米长要活到200岁,对于地球上其他“长寿”生物而言,如此“高龄”,也是罕见。

深海热液可能是生命的起源地吗

有关生命起源的假说有很多,比较流行的有“黏土矿物”产生论、“原始汤”和“黄铁矿”起源论起源说,还有“外来星球输入”等假说。

随着科学家对生态系统研究的深入,发现地球早期的环境与深海热液环境非常相似。热液微生物具有“不依赖于太阳光”以及“嗜热”的特性。“生命起源于海底热液喷口”成为新的科学假说,并逐渐受到人们的关注。海底热液活动的强度在海洋刚形成时,是现今强度的5倍。广泛并剧烈的海底热液活动,导致了地球内部热量的散溢及大量气体和还原性金属元素的产生。

那个时候的海洋富含还原态的锌、铜、铅、锰和铁等金属离子,以及硫化氢、甲烷和氢气等气体,处于强还原环境。海水的温度为70°C~100°C。大气中二氧化碳的含量很高,几乎不含氧气,因而海洋呈酸性,这些都是因为光合作用还没有出现。现代海底热液喷口周围的环境与早期海洋环境非常相似。科学家猜想,生命开始萌芽,正是在早期海洋海底热液喷口周围。那么,在地球上所有生命的“共同祖先”是哪些生物呢?根据“分子进化时钟”的基因测序,科学家勾勒出了地球上所有生物的“生命进化树”。位于“进化树”根部,代表着地球上所有生物“共同祖先”的微生物,绝大多数是从海底热液环境中分离得到的超嗜热古菌。

生物进化的大致过程

超嗜热古菌的平均最佳生长温度超过80°C,能够利用热液喷口周围环境中的各种无机化学反应所释放出来的能量来维系自身的生命活动,进而支撑整个生态系统的繁荣。生命起源于海底热液喷口的核心证据是:这些微生物完全能够适应古代海洋苛刻的环境条件。

[编辑:茹斯坦]
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