海底3000米深处竟然还有生物,它们靠着什么在没有阳光的环境生存?
深海系统是地球系统的一个重要组成部分,它占海洋总面积的80%。深海极端环境则 是由多因子共同塑造的一个统一的系统,它可划分为物理化学环境和海底的地质环境。前 者没有阳光、水温低(〇2弋)、水压大(水深每增加100 m,就增加10个大气压)和缺氧,环 境极端恶劣;后者的地质环境极为复杂,是影响其他环境因子变化的主导因素。如洋中脊、 板块边界与俯冲带,火山、热液、地震都十分活跃,可对海底环境造成巨大影响。
自20世纪70年代初,美国科学家在东太平洋加拉帕戈斯海隆水深3000 m处的热液 喷口发现众多的生物群落以来,使人们逐渐认识到,地球上存在着蓝色和黑色两种大洋,并 存着两种初级生产力及其食物链。蓝色大洋以浮游生物为初级生产力,靠吸收阳光获取能 量;而黑色大洋则以热液细菌为初级生产力,主要依靠微生物通过化学合成作用还原海底热 液系统中硫的氧化物获取能量。这也就是为什么在大量的海底“烟囱”热液喷口系统周围 发现众多生物群落的原因
深海底微生物主要分布在两大环境中:一是热液中本身就含有大量的嗜热细菌,它们随 着其他热液物质一起喷出海底,在热液喷口附着并沉积下来,火山岩中也含有大量细菌;二 是存在于海底沉积物和海底以下的地层中的微生物。
近十多年来,科学家们不断在深海底发现大量的微生物,甚至在一些深海髙温热泉或热 液喷溢口周围也存活着大量生物群落。为什么这些微体生物能在如此恶劣的环 境中依然自由自在地存活呢?开始发现在,海洋生物学家也觉得是个难以解释的谜。
海洋科学家还发现,一般海洋沉积物中的乙酸盐还没有丰富到让大量微生物生存的程度。因而科学家对此又感到十分费解。他们经过多次模拟实验发现,当温度升高时,海底沉 积物中的有机物质就会加速分解形成更多的乙酸盐营养。这样就可以比较合理地解释为什 么在海底热泉或热液喷溢口周围会有大量微生物繁衍生息。后来科学家为了证实这一推 断,就专门乘深潜器对深海底部靠近热泉和热液喷出口的地质沉积物采样进行分析,结果发 现其乙酸盐含量大大高出其他成分,而且温度越高,这种物质的含量也越多。
英国和挪威的科学家联合研究发现,海洋生物死亡后会沉人海底,在海底逐渐堆积起来,形成富含有机质的沉积物。这些有机物质会逐渐分解形成一叫作乙酸盐的营养物, 就是这种营养物质能为微生物提供它们所需要的碳、氧、硫等必要元向来维持生存之用。意 大利科学家研究表明,死生物体的DNA为海底生存的微生物分别提供它们所需碳的4%、 氮7%和磷47%。当微生物“吃掉”这些细胞外的DNA后,它们很快地“再生”磷,也就是说 它们将DNA中的磷转化成一种能被浮游植物和其他生存在海洋表面的光合作用生物体利 用的无机形式。