1樓:易書科技
2023年7月26號,**電視臺科學博覽節目播出了千米深海之下的生命奇觀,令人驚歎不已。人們常說,倘若沒有太陽,地球上的萬物就不會生長,然而,電視螢幕上出現的生命繁盛的水下奇觀,卻使我們的傳統知識受到了衝擊。
其實,早在2023年10月,美國「阿爾文」號深潛器所作的深海考察,即向這條千古不變的生命定律提出了挑戰。
在東太平洋加拉帕戈斯群島(galapajos,隸屬厄瓜多)海底裂谷中,有著火山爆發後冒出的一汪汪深達2500米的地下熱水帶,那裡活動著各種奇怪的細菌——微生物群,它們居然以吞食化學物質為生。
在幾千米的海底,這些灼熱的泉水宛若一個個煙囪,不停地向外噴吐著一股股熱液,熱液溫度最高處竟達350°c。令人稱奇的是,就在這高溫的火山口附近竟浮游著各式各樣的奇異生物——除了細菌,還有大得出奇的蛤和海蟹、血紅色的管狀蠕蟲、大量的牡蠣和貽貝,還有一些類似蒲公英的生物,其放射狀的細絲牢牢附著在海底岩石上。
然而在熱泉以外的深海區,卻荒蕪如寸草不生的茫茫大漠,偶爾有幾隻紅色的八角珊瑚、小海星或海葵,點綴在黝黑的海底玄武岩上。
加拉帕戈斯位於海底板塊交接和摩擦的斷裂間,沿著這一斷裂間,有許多裂縫。
海底火山常常從這些裂縫噴發出來,當海水衝進裂縫又噴湧出來時,就帶出了高熱量,使周圍海水溫度之高,非同於一般的滾水,這是極大壓力下溫度極高的滾水,其溫度可超過300℃。同時海水的噴出也從地層下熔岩裡帶出大量的硫酸鹽,在海底的高溫與高壓下,這些硫酸鹽就變成氫硫化物。按照一般生物生存的規律,在這種高溫高壓、充滿著氫硫化物的極端惡劣環境裡,任何生命想要生存下去是絕對不可能的,因為蛋白質和dna會發生分解,生物酶統統化為烏有,任何生命都會在一瞬間死亡。
可是,科學家們感到十分驚奇而迷惑不解的是:在這種高溫高壓、充滿著氫硫化物的極端惡劣環境裡,卻有無數細菌在繁榮生存,通過純化學反應,它們可以依靠氫硫化物來進行新陳代謝。更有甚者,當科學家把這些奇怪的細菌裝入高密閉容器,加熱至一定溫度,它們竟然還能迅速地傳宗接代,繁殖率頗高。
這種奇怪的細菌在外形上與普通細菌相同一般無二。在電子顯微鏡下面觀察,它們具有和普通細菌相同的基本結構。
這一前所未有的意外發現,大大驚動了參加調查的科學家們:誰能想像得出,在永遠不見天日的漆黑海底,竟隱藏著這樣一個奇妙的世界!
這一發現立即激起世界各國海洋科學家的濃厚興趣。按捺不住的法國和墨西哥科學家先後乘潛艇前往東太平洋加拉帕戈斯海底裂谷去考察,徹底證實了海底奇景的存在。
2023年1月,由美國地質學家、生物學家、化學家組成的科學小組再次乘坐「阿爾文」號深潛器對加拉帕戈斯海底裂谷進行考察。他們取樣對那一簇簇引人注目的紅色管狀蠕蟲作了細緻入微的研究,發現這些蠕蟲大的有2—3米長,憑白色外套管附著在岩石上,保護著柔軟的身軀。
它們既沒有嘴,也沒有眼睛,甚至連消化系統也不存在,只能靠伸出套管頂端的觸角過濾海水中的食物,然後由血液把這些營養物輸送到全身。它們的血液裡充滿了富含鐵質的血紅蛋白,因而看起來格外鮮紅。
這些可愛的小生命究竟屬於哪個門類?又是怎樣繁殖後代的?生物學家們仍在苦苦地探索。
在這個王國裡,還居住著一種深海蟹,與它淡水中的同族有相似之處。它沒有眼睛,卻能在海底世界裡橫衝直撞,並且對於深海的高壓似乎習以為常,以至在海面1個氣壓的環境中竟會短壽。
靠過濾海水中的顆粒食物過日子的巨蛤,體內也有紅色血液,它的生長速度奇快,比深海的一種小蛤要快500倍,長成後竟長達30釐米。
另有一種毛茸茸的深海白蚱,樣子像一個可以浮起來的氣球,又像陸地上的一株蒲公英,它們常常群集在一起,有的管消化,有的管捕食,有的進行繁殖,各司其職卻又有條不紊。但一旦在沒有保護的情況下把它們帶到海面,這些脆弱的生命頃刻瓦解。
這些千奇百怪的深海生物,無論是生理結構、種屬關係,還是生活習性,食物基礎,都令生物學家們驚歎不已。
在這個沒有陽光、水溫超過沸點:充滿高壓的深海環境下的「第三大生命系統」被發現後,立即成為生命形成和演化方面無法解答的複雜謎題。
科學家們在調查中發現:海底熱泉附近的食物密度異常高,比溫泉噴區外的水域高出300—500倍,比生物豐富的海面水域還高出4倍。顯然,這是吸引大量水生動物常住的原因之一。
當「阿爾文」號深潛器上浮後,科學家開啟一瓶從深海帶上來的海水樣品。頓時,空氣中充滿一股濃濃的臭雞蛋的氣味。那就是硫化氫氣體,他們恍然明白了其中的奧祕——當海水從地殼裂縫滲入地下時,水溫便升高到350度左右,熱水把附近岩石中的硫磺等礦物質溶解出來。
在高溫、高壓的作用下,礦物質和水反應合成惡臭、有毒的硫化氫。某種硫細菌藉助硫化氫進行代謝變化,吸收溫泉熱能得以繁殖,一些小動物以過濾這種硫細菌而生存,而大的生物又以它們為食餌,這的確是在地球正常生態環境中不可想像的。
無論是蠕蟲、巨蛤還是貽貝,它們的消化系統大部分都已退化,取而代之的是大量的硫細菌寄生在體內。這樣,一個新的海底「食物鏈」就形成了。宛如陸地上植物的葉綠素進行光合作用合成碳水化合物一樣。
不同之處在於高能量的硫化氫代替了陽光。從而開闢了一條前所未有的嶄新渠道——從地球內部獲取能量以維持生命。
眾所周知,在通常情況下,溫度高於40度,大部分動物和植物就難以生存;溫度大於65度,大部分細菌也難以存活,但這種神奇的硫細菌在350°c的高溫下卻能迅速繁衍,又是什麼原因呢?
硫化氫對生物的毒性並不亞於我們熟悉的氰化物,它能取代氧和進行呼吸作用的酵素結合,使生物窒息致死。而那些深海生物體內有大量硫化氫卻仍能正常生長。雖然科學家們已查出,蠕蟲血液裡的血紅素對硫化氫有極強的吸附力,能直接把硫化氫運往硫細菌寄生物的器官中;巨蛤體內有一種特別分子去運載硫化氫,以消除其毒性,但其他深海生物又是怎樣解毒的呢?
對這一謎團的探知和研究在生物化學領域無疑是十分有意義的課題。
千米深海之下的生命奇觀,使我們不禁想到了關於6~8億年前地球是一個大雪球的理論。
一些地球物理學家認為,6億至8億年前的原生代晚期,地球可能是一個被冰雪覆蓋的大雪球,地球赤道附近有一片狹長水域沒有被冰封,原始的多細胞動物——我們的祖先可能就聚居在那裡。
地球曾是雪球的理論,最早由美國地理學家喬·基爾希文克提出。他在澳大利亞發現一些年齡為7億年左右的岩石上有冰川遺蹟,而7億年前的澳大利亞位於赤道地帶。這表明,約在7億年前,地球從赤道到兩極都被冰雪覆蓋,如果從太空中望去並不是現在的藍色,而是白色。
科學家們推測說,這一時期地球表面冰蓋的生長將使地球急劇變冷。因為冰蓋越多,反射的陽光越多,地球吸收的熱量就越少,使氣溫降低。冰蓋因此生長更快,這形成一種正反饋,最終使地球變成一個巨大雪球。
大量化石資料表明,原生代晚期是生物進化史上的一個關鍵時期,最早的多細胞動物就在此時出現。這些生物如何能在全是冰雪的世界中生存下來?雪球又是如何解凍的呢?
一些科學家認為,在原生代晚期,原始生物可能在海底深處的火山附近生息,隨後火山活動噴發出了大量二氧化碳,溫室效應加劇,使地球逐漸解凍。
但美國得克薩斯農業和機械大學的科學家威廉·海德和加拿大科學家對此進行了不同的解釋。他們認為,以往理論對原生代晚期地球冰蓋生長的過程估計有失準確。他們說,冰蓋生長速度與降雪量密切相關。
隨著海洋逐漸冰封,能夠向大氣中的蒸氣水分的水域越來越少,地球降雪量急劇下降,冰蓋生長也隨之放慢。經過計算機模擬分析表明,即使在最冷時期,赤道附近仍有一段狹長水域未曾冰封,原始多細胞動物就生活在這裡,而無需撤退到深海之中。他們認為,在這片水域的海底,應該存在著相對較多的原始多細胞動物化石,正等待著我們去發現。
威廉·海德等科學家的研究成果發表在2023年5月25日出版的英國《自然》雜誌上。而在2023年上半,美國特拉華大學的科學家利用一艘潛艇,進入在赤道以北13度東太平洋以下2.4公里深處,在溫度高達85攝氏度的熱液火山口,蒐集了細菌的蠕蟲。
在冰島,一支德國隊伍也在噴出硫磺蒸氣的火山口蒐集微生物。在以色列,研究人員在死海的高強度鹽水中搜集小蟲。在北極的水中,科學家蒐集一些最適合生長在零攝氏度的細菌。
以上的科學家有一個共同之處:他們都在蒐集一些稱為「嗜極菌」的細菌,它們生長在地球上最極端的環境中。
這些科學家都是「重組體生物催化公司」的顧問。這家公司的任務是:發現、複製、售賣由嗜極菌分泌出來的酶。
過去多年,科學家一直利用一般動作體內的酶(即蛋白質催化劑)代替汙染環境的化學催化劑,以製造食物、藥物和紙製物品。然而,這些酶有一大缺點:在高溫或化學溶劑中變得不穩定。
因此,科學家便想起了在極端環境下仍十分穩定的蛋白催化劑——由嗜極菌分泌出來的酶。
這些嗜極菌的其中一個常見棲身地,是居住在海底火山口的龐貝蠕蟲,它們生長的地方,有很多如鎘、鋅等有毒金屬。這些區域的部分部位溫度高達85攝氏度,最低則低至2.2攝氏度,可想而知這些酶的適應能力是如何驚人。
這些「高溫酶」起碼在三方面擁有重要用途;一、檢驗脫氧核糖核酸(dna):高溫酶可協助「聚合酶鏈反應」,從而在案件審訊中鑑定疑犯的身份;二、提煉石油:在石油的提煉過程中,瓜膠是常用的原料,高溫酶有助於降解這些瓜膠;三、加進飼料中:
雞飼料含有大量植物磷,這種物質是動物無法消化的。在飼料中加進高溫酶,便可幫助雞消化這些磷。
引證這一材料,有助於證明在極端惡劣的環境中存在的生命。
按照地球曾是一個大雪球的理論,我們可以推測,在東太平洋海底火山口附近發現的深海生物有可能就是雪球時期的生命分支,或者可以推測它們是地球生命主體的一種變異種群。目前,一些科學家完全相信,在每一個海底火山熔岩的噴發處,都存在著不同的生命體:當火山熔岩處於噴發狀態時,生命就十分繁盛。
這種細菌通過純化學綜合過程把氫硫化物的化學能轉變成一種新陳代謝的能源。據一些科學家推測,這些細菌有可能是地球上最早出現的第一批原始細菌,據此推而論之,40億年前的地球誕生後不久,火山噴發的熱液可能曾是原始生命產生的最早的源泉,是地球上第一批生命的發源地。
千米是怎麼產生的,千米也叫什麼?
長度單位,基本單位1米的1000倍。千米也叫什麼?也叫公里。千米,拼音是qi n m 漢語詞語,意思是指長度單位,俗稱公里,英文用km kilometre 表示。出處 1790年5月由法國科學家組成的特別委員會,建議1米的長度定義為通過巴黎的子午線上從地球赤道到北極點的距離的千萬分之一。1千米 10...
獅子的視力達到了多少千米千米?獅子的速度是多少?
獅子的速度一般在60 70km h左右。獅子概述。獅子 sh zi 猛獸名,其體大雄壯,身毛呈棕黃色,尾端生叢毛。語出漢 荀悅 漢紀 武帝紀三 烏弋國去長安萬五千三百里,出獅子 犀牛。引證解釋。1 猛獸名。體大雄壯,身毛呈棕黃色,尾端生叢毛。雄獅頸部有長鬣。產於 非洲 和 亞洲 西部。捕食羚羊 斑馬...
長222千米 寬是169千米 它的面積是多少?
解 長 222千米 222000米。寬 169千米 169000米。面積s 長 寬。37518000000 平方米 的10次方平方米。答 它的面積是37518000000平方米。答題完畢。長方形的面積等於長乘寬222千米,乘169千米等於它的面積。早上222km寬是么六九千米 它的面積是長乘以寬乘以...