深海“间歇泉”边的生命

■ 严小平

深海“间歇泉”边的生命

■ 严小平

这是一个奇怪的生物群落。奇异的管虫，从白色的管子里伸出它们海绵状的深红色的头，就像是一支支活生生的口红。不过，这些管子很大，长达0.6米～4米。另一种蠕虫把自己隐藏在岩石上，像一束又一束柔软的意大利面条。沿岩石爬行着长30厘米以上的蛤。岩石和沉淀物上，纠缠在一起的毛茸茸的细菌足有30厘米厚。瞎眼蟹横行其道，而粉红色的鱼在富含矿物质的热水中遨游。这些热水是从深海海底的裂缝或者深海热泉中涌出来的，很像是陆地上的间歇泉。

然而，更奇怪的是，所有这些生命都是在一种极端恶劣的环境中生息繁衍的，那是在2500米深的海底，那里的压力大约为陆上正常空气压力的250倍。从深海热泉冒出的是硫化氢气体，这种气体对一般生物是有毒的。这里漆黑一片，因为阳光无法穿透海水到达这么深的地方。

在没有阳光的地方，生长着如此众多的生命，这是特别让人惊奇的事情。在陆地和海洋表层，生命离不开阳光，阳光为绿色植物提供能量，用以进行化学反应，从二氧化碳和水中生成糖。这个过程叫做光合作用。许多动物，大的小的，都以植物为生，或以其他食草动物为生。当然，食物模式比这更复杂。但是，如果没有阳光，整个系统就会崩溃。

那么，在完全黑暗的环境中，蛤、蠕虫和其他动物是怎样兴旺起来的呢？如果你是研究潜艇上的一名乘客，潜艇上的强光灯，会让你看见从一些深海热泉中涌出的一团团乳白带蓝的海水。那些深海热泉在海底形成一个个的浅丘；另一些深海热泉则像粗壮的烟囱一样高达30米，将密集的白色“羽毛”或黑色“烟雾”喷入水中。科学家知道，这些“羽毛”中的化学物质，是这些黑暗生命的关键。科学家还解释了深海热泉是怎样形成的，动物是怎样迁移的，以及这些动物是怎样演化成如此不同寻常的生物的。

深海海底上存在深海热泉的第一个线索来自1974年，这时美国的海洋学家正在测量太平洋海底海水的温度。他们工作的地方是位于厄瓜多尔以西约1000千米处的加拉帕戈斯裂谷。他们沉入海底的温度计显示，分散区域的温度比2℃～4℃的正常温度略高。1975年的考察证实了这些“热点”的存在。

1976年，位于加州圣地亚哥的斯科利普斯海洋研究所派出一艘考察船，考察船拖着一个装有温度传感器和自动照相机的机器人雪橇。拍摄到的照片中，有一张显示出一串很大的白色的蛤。这是震惊科学界的事情，因为对一个正常的蛤来说，深海海底没有任何东西可吃。

1977年初，科学家对这些深海热泉及其周围的奇特生命进行了首次直接观察，然后他们跟踪了这些发现。科学家带去一艘叫做“阿尔文”号的小型研究潜艇，可以把人送到海底，然后用一个带有温度传感器和相机的机器人雪橇，就可潜到水中进行间隔拍摄。

一旦经过裂谷，温度传感器就显示温度突然增高1℃。在温度上升的这个点拍摄的照片上，你可以看到，热水源周围的岩石上铺满了巨大的蛤。科学家轮番乘“阿尔文”号潜艇下去，用潜艇的机械手搜集岩石和海水样本，同时直接观察各种各样的生命形态。他们被巨大的蛤、管虫以及深海热泉的其他生物惊呆了。

当考察船上的科学家打开装有从深海热泉采集的海水样本的广口瓶时，空气中立即充满一种明显的鸡蛋腐烂的恶臭味道，这是硫化氢。这是这些热水来自海底岩石地壳深处的证据。这个证据也表明，这些海水通过炽热的岩石循环，溶解了矿物质。其他深海热泉已被定位在太平洋。1985年，在大西洋中脊发现一大片黑色的“烟雾”。

科学家有关深海热泉形成的解释，是建立在对地壳动力学理解的基础上的。地壳是由巨大的形状不规则的岩石板块构成的，这些板块缓慢但却是不断地在下面的岩浆（熔融岩石）上运动。一个板块可能沿着一边向相邻的板块俯冲下去；而另一边，则可能与相邻的板块撕开。板块在水下拉开，就会在海底形成很深的裂口。于是，沿着这些裂口形成了一个个深海热泉。

当两个地壳板块相互拉开时，岩浆就从下面喷出，作为熔岩填补缺口，并形成新的地壳。当这些熔岩侵入海洋深处冰冷的海水时，就会变硬并破裂。海洋深处的这些板块的运动和岩浆的膨胀与收缩，又使更多的熔岩破裂和变硬。然后，深深地渗入裂缝的海水刚被岩浆上面的岩石加热，接着就开始了通过其他裂缝网返回海底的缓慢旅程。从最热的深海热泉涌出来的海水温度约为350℃，远高于水的沸点。不过，周围海水的巨大压力，平息了来自地心的澎湃热情，过热的海水始终没有沸腾。

科学家还不知道海水的地壳之旅有多远或多长。当这些过热的海水进行它们的旅行时，顺便从岩石中获取了矿物。当海水从深海热泉出来，就负载了被溶解的硫，以及如铁、铜、锰和钙这样的金属。当这些水接触到海底寒冷的水时，某些化学反应就会把被溶解的金属变成漂亮的、粉状的颗粒，赋予它们缤纷夺目的色彩。

据估计，一个深海热泉的寿命大约是10年。地质学家认为，大多数深海热泉断流是因为它们的“管道设施”被矿物沉淀物阻塞，这种情形和你家里的水管被阻塞一样。

海水中的硫化氢气体是深海热泉周围生命的钥匙，而大自然的确选了一把奇特的钥匙。硫化氢对于普通生命来说毒性是很大的，哪怕一点点也能使一只动物的红血球无法吸收氧气，但某些种类的细菌却可以从这种气体中获取能量。这些细菌利用硫化氢、二氧化碳和氧气，还有氮、磷和其他溶解于海水中的营养物，生成自己身体所需的物质，包括糖。这个过程叫做化学合成。生存在深海热泉中的其他动物则以各种方式以细菌为生。

深海热泉附近有许多种类的化学合成的细菌，但在深海热泉开口处极热的水中，只有几种细菌可以存活。它们大多数居住在离深海热泉至少几厘米的地方，在那儿，冰冷的海水把炽热的深海热泉冷却到室温（20℃）。大多数冷水细菌非常类似在沼泽、泥滩和海洋上层发现的食硫细菌。

化学合成的细菌是最古老的生命形式，根据化石证据判断，深海热泉的生命始于数亿年前。在古代海底上已发现了变成化石的深海热泉，这些地方已成陆地，位于塞浦路斯的地中海岛和阿曼（阿拉伯半岛上的一个国家）。

有一种理论说，现存深海热泉动物的祖先，是生活在浅水中已经形成的温泉中的。当海平面升高时，它们为了适应新的环境，把家搬到了水下更深的地方。大约6亿年前，管虫和其他生物祖先的幼虫一定发现了去深海热泉的路，并适应了那儿的环境，然后进化到现在的形式。大约2.25亿年前，深海热泉出现了贻贝；而蛤则出现于2500万年前。

显然，深海热泉中的动物是从枯竭的深海热泉区域迁到一个新的深海热泉区域的。当它们还在卵或幼虫期的时候，就被洋流带去了。那些到达有利环境的动物便建立起一个新的“殖民地”。

至于细菌，它们则可以来自任何角落。每一滴海水里都有细菌，它们大都处于一种假死的状态，从海面大量落下，在深海洋流中随波逐流。

很久以前在深海热泉周围建立起“殖民地”的生物，演化成了新的物种，这些物种往往是奇特怪异的。科学家已证实，在深海淤泥中，有大约100个新的物种。他们发现，任何一个深海热泉，动物的物种都不多，但各个深海热泉的物种却各不相同。科学家认为，这种变化是所谓“奠基者效应”所造成的。最早到达一个深海热泉的大型动物物种，会建立起一个群落，这个群落很快便占据了整个的食物供应。于是，便没有了别的大型物种的活动空间和食物了。

在加拉帕戈斯裂谷，科学家只发现了一种动物。这是一种很特别的、像花一样的生物体，直径约5厘米。1977年，乘“阿尔文”号潜艇考察的科学家把它们称为“动物蒲公英”。原来这是一丛丛功能不同、各自独立的动物。“花丛”中的一些动物用触角抓取食物，这些触角装备了带刺的、有毒的细胞；另一些动物负责消化食物；还有一些动物则负责在水中搬运整个“花丛”。

许多深海热泉边的岩石上，都铺满了意大利面条式的蠕虫。这种蠕虫被认为是一种食悬浮体动物。这种动物用覆盖在位于身体前端顶部一个组织（就在嘴上方）上的黏液来捕食细菌。这个组织的运动，驱使细菌到达动物的嘴。它也能从水中吸收由死亡细菌释放的有机化合物。

所有动物中，最令人称奇的，要数生长在加拉帕戈斯海脊和太平洋东部海脊加利福尼亚正南端一个区域的巨大管虫。它们把自己的尾部吸附在岩石上，然后在洋流中摇晃。它们没有嘴吸收食物，也没有肠消化食物。因此，科学家感到十分困惑，搞不懂这些管虫怎么能够存活，直到他们解剖了一些管虫，才弄明白其中的奥妙。研究者发现，管虫可以储藏自己的食物供应。它们的身体上有一个奇特的部分，这一部分是由食硫细菌构成的。实际上，一只管虫体重的一半都是由细菌构成的。

但是，管虫并不吃细菌，它宁愿喂养细菌，而细菌会反过来为管虫制造食物。管虫通过它深红色的头，吸收细菌所需的硫化氢和所有别的东西。管虫的头包含了大约30万根微小的细丝。管虫体内有一套血管把这些化学物质输送给细菌，细菌把它们混合，并释放糖、脂肪和其他营养成分，充当管虫的食物。

同管虫一样，巨蛤的组织中也生长着细菌。研究表明，蛤的寿命可达25年，但“阿尔文”号潜艇上的观察者注意到一个非常奇怪的现象：生活在任何一个深海热泉中的蛤，看上去都是相同的年龄，好像没有更年幼的一代蛤。他们推测，幼蛤漂流到一个新的深海热泉，自立门户，建立起自己的群落。一段时间之后，蟹来了。对于在深海热泉中的生活，蟹没有特别的适应能力，于是它们成了现成的、丰富的食物来源。

深海热泉中还生活着许多其他动物，有的只待在唯一的一处深海热泉。古老的帽贝，称得上是活化石，加上约40种其他各类的蜗牛，正在细菌的“草原”上“放牧”；叫做水蚤的小小的甲壳类动物吞食着吃细菌的原虫；小环节虫居住在贻贝里面，在贻贝的腮上，它们怡然自得地细嚼慢咽。

深海热泉的发现似乎没什么实际意义，但据微生物学家霍尔格·詹尼斯说，食硫细菌却可能被用于清扫工厂和矿坑的垃圾和污物。所需的一切，就是一个稳定的硫化物源，和一个靠近大海的位置。食硫细菌也可能被用来人工饲养贻贝。

与此同时，深海热泉生命的发现，提出了众多的生物学课题，对这些课题的研究够科学家忙活好多年。在大西洋、印度洋和太平洋下面，洋中裂谷绵延约6.4万千米，散布着大量深海热泉。到1990年夏天，这个令人惊叹的长度只探测了不到1%。

“阿尔文”号潜艇上的科学家，在佛罗里达悬崖上，发现了一种不同的深海绿洲。在那儿，大陆架就像一个消失在墨西哥湾中的陡峭的水下悬崖。含有甲烷气体的水，从“悬崖”的泉眼中渗出。这个绿洲上的生命类似于太平洋深海热泉的生命——管虫、贻贝、蛤、小蜗牛和蟹，只不过它们的食物，是食甲烷的细菌，而不是吃硫化氢的细菌。

研究者还发现，兴旺的绿洲是建立在从海底冒上来的石油的基础上的。各种各样的细菌都是靠这种物质获取能量的。

深海热泉生命的发现表明，大自然比人们的想象更加神奇。在自然界里，连细菌这样的简单生物都能够建立它们自己的、完整的群落。这个群落可以使更复杂的生物繁衍兴旺。不需要光的生命原来如此普遍；对一种生物链十分可怕的环境，对另一种生物链却是福地洞天。当科学家不断探索深海和地球更遥远的地区，以至进军外层空间的时候，大自然的鬼斧神工一定会给我们更多的惊奇和想象。

（盛文娟 插画）