生命進(jìn)化的十大發(fā)現(xiàn)（四）

4.在深海熱泉周圍發(fā)現(xiàn)新生物（1977年）

1977年，在加拉帕戈斯島東北方200海里約2700米深處潛水?dāng)z影的鮑勃·巴拉德和“阿爾文”號(hào)海洋地質(zhì)調(diào)查深潛器的工作人員在深海的熱泉附近發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的生命形式，它們完全不需要太陽的能量。這些海底間歇泉沿洋中脊的火山分布，在這里冰冷的海水滲入地殼的裂隙中。熱水重新噴出與洋底冰冷的海水混合在一起產(chǎn)生了熱柱，黑色的流體混雜著硫黃鐵礦、黃鐵礦、閃鋅礦和銅、鐵的硫化物等物質(zhì)。

熱泉生物能夠生存完全是依靠化學(xué)自營細(xì)菌的初級(jí)生產(chǎn)者。從“黑煙囪”噴出的熱液里富含硫化氫，這樣的環(huán)境會(huì)吸引大量的細(xì)菌聚集，并能夠使硫化氫與氧作用，產(chǎn)生能量及有機(jī)物質(zhì)，形成“化學(xué)自營”現(xiàn)象。這類細(xì)菌會(huì)吸引一些濾食生物，或者是形成能與細(xì)菌共生的無脊椎動(dòng)物共生體，以氧化硫化氫為營生來源。一個(gè)以“化學(xué)自營細(xì)菌”為初級(jí)生產(chǎn)者的生態(tài)系統(tǒng)便形成了。

依照目前研究對(duì)熱泉生物的了解，它們的生長速度非常快。以貝殼來說，由于它們是濾食性動(dòng)物，會(huì)有鰓、消化系統(tǒng)及進(jìn)出水口器官；可是海底熱泉的貝殼不一樣，它們的消化系統(tǒng)和進(jìn)出水口已經(jīng)呈退化現(xiàn)象，海底細(xì)菌會(huì)住在它們的鰓里面，等到繁殖多了，就會(huì)被貝體利用，于是貝殼的生長速度也變得非常有效率。

對(duì)于生命是最先誕生于地球表面，還是起源于海洋底部的熱泉，目前科學(xué)界仍在爭論。早在20世紀(jì)20年代，科學(xué)家就指出在出現(xiàn)生命前的原始海洋里存在有機(jī)分子構(gòu)成的原始湯。經(jīng)過多年探索，科學(xué)家認(rèn)識(shí)到氨基酸是構(gòu)成有機(jī)體的最主要成分，而氮又是構(gòu)成氨的基本成分，因此氮怎樣轉(zhuǎn)變成氨就成為生命起源過程中必要的一步。

美國華盛頓卡內(nèi)基研究所地球物理實(shí)驗(yàn)室的黑普及其同事在《自然》雜志上介紹說，他們進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高0TXMvdGY/s9c8aINeK0oBA==溫和高壓下利用金屬礦物質(zhì)作為催化劑，氮分子可以與氨發(fā)生還原反應(yīng)，生成由一個(gè)氮原子和三個(gè)氫原子組成的具有活性的氨分子。黑普等在研究中發(fā)現(xiàn)，如果以金屬礦物質(zhì)作為催化劑，氮分子還原生成氨分子的條件為溫度300℃～800℃，壓力0.1千帕～0.4千帕，而這些條件正是早期地殼和海底熱泉系統(tǒng)的典型特征。

研究人員指出，作為生命起源的前奏，氮分子向氨分子轉(zhuǎn)換的過程很可能發(fā)生在大量溶解了礦物質(zhì)的海底熱泉周圍。而一個(gè)富含氨分子的環(huán)境比一個(gè)氮分子占主導(dǎo)的環(huán)境，能更有效地滿足早期生命起源對(duì)氮元素的需求。另外黑普等在研究中還發(fā)現(xiàn)，在800℃以上的環(huán)境下，氮元素只有以分子形式存在才能保持穩(wěn)定，從而排除了早期地球大氣中大量產(chǎn)生氨分子的可能。因?yàn)樵诘厍蛐纬傻脑缙冢捎谛⌒行堑淖矒簦厍虮砻鏈囟纫?00℃。

研究人員推測(cè)說，海底熱泉在地球早期如果能夠產(chǎn)生足夠的氨分子，通過海洋與大氣的水和氣體交換，氮分子占主導(dǎo)的旱期地球大氣中氨分子會(huì)逐漸增多。由于氨屬于溫室氣體，能夠?qū)Φ厍虮砻嫫鸬奖Ｅ饔茫@同時(shí)也解釋了為什么在當(dāng)時(shí)太陽能量不足的情況下，地球上的海洋仍能保持液態(tài)。

2013年2月，最新的報(bào)道稱，英國科學(xué)家在對(duì)加勒比海海底的考察中，發(fā)現(xiàn)了一組令人驚嘆的熱液噴口，這是目前為止人類發(fā)現(xiàn)的最深的熱液口。該發(fā)現(xiàn)位于開曼海溝。利用遙控的深潛器，科學(xué)家偶然發(fā)現(xiàn)了這些噴口，其水深將近5000米。從海面科考船接收到的視頻和圖片看，這些深海的“黑煙囪”有將近10米的高度。新發(fā)現(xiàn)的熱液口噴出的水溫度達(dá)到401℃，這是迄今為止發(fā)現(xiàn)的溫度最高的熱液。此次探險(xiǎn)由自然環(huán)境研究理事會(huì)資助，搭乘的是“詹姆斯·庫克”號(hào)科考船。

首席科學(xué)家，美國國家海洋學(xué)中心的喬恩·科普利博士將這一發(fā)現(xiàn)稱為“完完全全的驚喜”。“我們一開始認(rèn)為這是一個(gè)以前探索過的站點(diǎn)，但它看起來完全不同，我們以為是環(huán)境發(fā)生了改變。但最終我們意識(shí)到，它看起來不同是因?yàn)樗緛砭筒煌！眴潭鳌た破绽f，“在深海進(jìn)行研究的美妙之處在于，你總是可以遇到完全新奇的東西，這也提醒我們還有更多未知的事物。在那幾分鐘里，我們想到的不是科學(xué)：而是地球的奇妙，以及那些隱藏了如此之久的東西。”

科學(xué)家希望，這項(xiàng)研究最終能回答兩個(gè)關(guān)鍵問題：為什么會(huì)有生命出現(xiàn)在這種看起來十分惡劣的環(huán)境中？這些生命又是如何演化的？