熱液生物是指生活于海底熱液口，與化能自養(yǎng)細菌共生，利用硫化物和其他還原物通過化學合成作用進行初級生產(chǎn)，制造有機物的海洋生物群落。研究發(fā)現(xiàn)，在海底深處，黑暗的海山頂部存在著深入海底的裂隙，冒著滾滾黑煙，帶來了地球內(nèi)部的化學物質(zhì)，其中富含硫或氮等元素，微生物通過將硫化氫等還原性物質(zhì)氧化而產(chǎn)生能量，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為有機碳，形成有機物，為熱液群落中的其他動物提供食物來源。熱液生物群落中遍布著數(shù)十種紅白色六英尺高的管狀蠕蟲，處于食物鏈頂端常以甲殼類動物為食的魚類，依靠共生細菌獲取營養(yǎng)的軟體動物，以及一些蝦、龍蝦和螃蟹等，具有很高的生物多樣性。

熱液生態(tài)系統(tǒng)為生命能量的來源提供了一種新的方式，與光合作用不同，但又不是完全脫離光合作用。兩種方式都將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖，產(chǎn)生能量。熱液生物不依賴來自太陽的光能，但卻需要海水中的氧氣參與，這些氧氣最初也是由光合作用形成，所以某種程度上說熱液生態(tài)系統(tǒng)不能完全脫離光合作用。

熱液生物

 

熱液生物

除了無盡的黑暗，這些熱液生物還經(jīng)受著其他的惡劣生存環(huán)境：

•致命性氣體。熱液噴口充滿著致命的毒藥，主要是來自深部的硫化氫，對于大多數(shù)生物而言，這種氣體極具致命性，但微生物充分利用了這部分能量，使得它沒有被浪費掉，并且為其他生物提供所需的有機物。

•重金屬顆粒。熱液噴口會噴出大量顆粒，不僅含有劇毒，更會堵塞熱液生物器官，為了適應這種環(huán)境，一些動物進化出了具有結(jié)合金屬功能的蛋白，還有一些動物將重金屬以粘液的形式排出體外。

•極酸性環(huán)境。熱液噴口處的pH值可低至2.8，因為酸性太高，噴口處的蝸牛的鈣質(zhì)殼都被溶解掉了。

•令人窒息的壓力。熱液噴口處在平均近2100米水深下，最深見于3800米下的海底，這里的生物承受著21個左右大氣壓甚至更多，縱然噴口處熱液的溫度可達400℃，這極限的壓力也使得這些流體不會沸騰。為了適應壓力，這些生物體內(nèi)已經(jīng)進化成體內(nèi)器官不帶任何氣體，比如魚鰾。（海水中，平均每下降10米，壓力約增加1個大氣壓）

•極致的冷與熱。噴口處的熱液可達400℃，附近的微生物自身溫度也可達到110℃，一些多頭蠕蟲尾部溫度可達80℃，頭部卻保持在20℃左右，具有很高的低溫梯度。海底洋流水溫約為1.7℃，每當洋流掠過熱液噴口，冷與寒的交替就不斷發(fā)生，這些生物要經(jīng)受雙重的考驗。

研究表明，熱液噴口的生物已經(jīng)生存了數(shù)百萬年的時間，即使在地球大規(guī)模的物種滅絕期間，這些生物依然平靜地生活著，幾乎沒受到任何影響。但這些生物依賴著熱液噴口，一旦熱液噴口關(guān)閉，因能量來源的終止，其附近的生物群落也就不復存在了。

熱液形成示意圖

這些熱液噴口是如何產(chǎn)生的呢？

與陸地上的溫泉和間歇泉類似，熱液噴口通常形成于海底火山活動區(qū)。比如大洋中脊處，板塊張裂開來，巖漿沿斷裂帶涌到地表或靠近海底，海水通過裂縫和多孔巖石滲入洋殼內(nèi)部，并被深部上涌的巖漿加熱。在高溫條件下，海水中的氧氣、鎂元素、硫酸鹽和其他化學物質(zhì)通過化學反應被從海水中去除。與此同時，下滲的海水溫度變得更高和酸性更強，從周圍的巖石中淋慮出金屬元素，例如鐵、鋅、銅、鉛和鈷等，就成為了我們所說的熱液。隨后，這些熱液再帶著這些元素沿著裂隙上浮回到海底，從熱液噴口噴出。

噴出后的熱液遇到冰冷的富含氧氣的海水，迅速發(fā)生化學反應，其中溶解的硫元素和其他物質(zhì)迅速析出，在噴口周邊凝結(jié)聚集，就形成了富含各類金屬元素的塔狀沉積塊體，也就是常說的海底“黑煙囪”，海底重要的礦產(chǎn)資源之一。

熱液生態(tài)系統(tǒng)研究重新定義了我們對于生命的理解。在如此極端惡劣環(huán)境下，這些黑暗生物強大的生存繁衍能力讓人驚嘆，更讓我們看到了地球的神秘莫測。在今天，熱液生物是如何遷移的，新的噴口如何吸引來“新居民”的，這些問題仍有待研究解決。談起海洋，我們滔滔不絕的往往是淺海，而對于深海我們卻知之甚少，隨著科學技術(shù)發(fā)展，穿過水層，走進深海，我們將一點點撥開地球的神秘面紗。□

（作者單位：中國自然資源航空物探遙感中心海洋航空物探室）