海底之下是否也繁殖着生命？ （图）
对地球生命在极端条件下生存的了解有助研究外太空生命

2008-08-28 01:34

阿拉伯联合酋长国一家水族馆中的狮鱼（lionfish）。(KARIM SAHIB/AFP/Getty Images)

生命的存在一直是人类难以完全掌握理解的谜。根据Woods Hole海洋协会所出版《海洋之神》（Oceanus）杂志的报导，科学家在人类意想不到的艰困地区，发现许多微生物的存在。这打破了人类自以为是的科学框架，了解到世界之大，无奇不有，宇宙中可能还有更多的生命与我们同时存在。

报导说，1991年科学家登上阿尔文(Alvin)潜水器，在海底发现了一些意想不到的事情。他们驾驶潜水器至一个前不久火山爆发的海底，眼前所见的景象让他们惊讶不已。

该处四周是浓密的白色岩层，是由硫磺与微生物所组成，在距离海底30公尺之上漂流着，海底同样被10公分厚的白色岩层所覆盖着。

这些大量的微生物岩层不是在海里产生，而是火山爆发后从海底下面冒出来的。

这个发现是一种转变，它强烈地显示以前难以想像的，在黑暗、炎热又缺氧的海底裂缝与罅隙里，有大量的微生物在极端困难的环境里繁殖，其数量之多，超乎想像。 2008年7月20日发表在《自然》(Nature) 杂志上一篇论文称，用相当于碳的重量来计算，有九百亿吨的微生物存在于海底下面的深层生物圈里，它约为地球热带雨林含碳存量的十分之一，其数目之大令人惊讶。这些发现打破了人们先前狭隘的观念，使得人类认识到在适合人类的生存环境之外，照样有许多生命体存在。

到处都存在生命

报导说，随着科学的进步，过去十年来科学家拟定新的计划，探测地底下的生命，也就是所谓的地表下生物圈。近几年来，他们发现许多地表下生物圈的栖息地，再次证实微生物学家贝泽林克（Martinus Willem Beijerinck）所说的："到处都是生命，不同的环境有不同的生命。"

在这地下生物圈会有什么生物栖息？他们生活的区域有多深？在这种情况下他们能活多久？他们不依赖太阳能可以适应多久？

这个生物圈对海洋与星球有什么影响？这些顽强进取的生物对地球物种的起源与演进有何教育意义？他们对我们寻找其他星球上的生命有何指导作用？

这些问题都是值得研究的新领域。

微生物依赖化学作用生存

1977 年海底热液通口发现的生命，使我们了解太阳能、氧气、有机物质与光合作用不是生命生长的唯一方式。有些生物不依赖太阳的能源，而是藉由化学合成的作用而生长。他们利用无机的化学物品，诸如氢与硫化氢，而不是有机物质与二氧化碳作为能源。地热的能源可以催化出化学反应，在岩石与海水里产生维持物种生存的化学物质，至于水，则仍然是不可或缺的要素。

至于海底与地表下更深的地方，我们很合理的认为情况更加险峻，生命会更加稀少甚至绝迹。但过去十年来，科学家意想不到发现许多地表下微生物，在各种情况下生存，诸如：深海沉积物掩盖下、热洋地壳的裂缝里、极地冰冻的土壤、地下深坑的内部等。

所有这些地方，个别的物种已经适应各种极端困难的情况，包括高气压、高低气温、稀有或有毒的化学物质与矿物，或必要养料缺乏稀少之处。这些物种常在极端的情况下开拓其他物种无法繁衍的环境。这一发现对人类探测外星生命有相当大的启迪作用，它似乎揭示生命到处都存在，不同的环境有不同的生命。

微生物聪明的寻求生存之道

报导说，就以1991年阿尔文号潜水器科学家所见的白色微生物硫磺岩层群的情况为例，他们发现这种物群是由一种细菌所产生，称之为Arcobacter，生存在低氧的情况下，藉着硫化氢的新陈代谢获得能量。这种新陈代谢的结果，细菌很灵巧的把硫磺以固体的白细丝排泄出来。

这些细菌群凑在一起，会制造平行线相交的细线团，面对流动的地表下热液水流，这些细线团可以协助细菌固定在岩石表面，正好适合Arcobacter细菌滋生，好端端生活在海洋地壳所渗透的热液里，该处的氧气稀薄，而硫化氢的含量甚高。在这种情况下Arcobacter尽情吸取大量的二氧化硫热液，比依赖氧气的细菌存活得更好。

其结果，这些释放出来的细菌团也可能覆盖在热液通口周围，吸引其他的生物如Alvinella管形蠕虫在该处生存发展。如果我们进一步观察栖息地，会发现Arcobacter菌在浅的沉积物里，也能同样能产生深海通口一样的硫磺细线。

世界最大的细菌

这种微生物惊人的适应力几乎到处可见，1999年世界科学家小组探索世界各地的海底火山区，结果在奈米比亚海岸面的沉积物，发现一个最大的细菌团，他们以硫化氢维生，靠硝酸盐来呼吸。

这个细菌称之为Thiomargarita，其体积有750微米（正常的细菌只有1至2微米），他大到用肉眼就可以看到，这打破了我们传统的认知，以为细菌不可能会这么大。他们的体积是因为细胞里有一个大液泡，像一些热液通口的微生物一样，氧气缺少时仍能存活一段时间。这很像我们利用水肺箱里储存氧气，而得以在水里继续生存。

极端艰困的地方照样有生命存在

上述的Arcobacter 与Thiomargarita是细菌在浅的地表下适应良好的例子。但迄今为止，过去十年在更深地表下已探测到一些独特、前所未知的微生物栖息地。

有一些初次在地下深水源所发现的病原体与有毒化学物质，引起人们的关切。调查团体在南非三公里深的金矿区岩石裂缝采集地下水，发现深层的大陆地壳含有丰富多样的微生物。

2000 年时，宾州West Chester大学的研究人员声称，在新墨西哥州地下610公尺古老的盐矿床发现有最老的微生物存活。这个微生物陷在一个具有2亿5千万年光景、微小的盐水晶矿囊里。研究人员表示，在恐龙绝迹6千500万年后，他成为休眠状态，等待适当时机"苏醒"其遗传机制，重新成长繁衍。

在北极与南极，科学家在长年摄氏零下10度以下200至300万年的地表下永冻土壤，发现活的微生物。此外，在深达500公尺的海洋岩心也发现大量活的微生物，他们的生命恐怕超过1千万年。

有些微生物的耐热力惊人

生物生存的极限条件由一系列物理与化学因素的组合所定。一般而言，压力因地表下深度的增加而增加，但是报导说，在所发现的生命里，其生存受随深度而增加压力的影响较小，而热度的增加才是主要的限制因素，不过现在尚难以确知，生命存在的最大热度极限是多少。

在热液喷口，暴烈的温度所形成的环境，使喜欢超高热的微生物得以繁衍。
迄今为止，麻萨诸塞大学的科学家在2003年发现微生物生存的最高温度是摄氏120度，但大致上科学家都同意，生命可以在摄氏140至145度间存活。

1990年代中期，科学家在北海与阿拉斯加地下3公里深的热油槽发现新奇的超耐热微生物。过去石油制造业一直认为这种损害、污染石油的微生物是从外面传进油井的，但事实上，他们是在石油的有机物里面自然产生的。

这样的发现促使我们了解生命的极限，并了解在哪些范围找到他们。目前科学界所知最大的生物圈在深海，它占地球生存空间的80％。不过，随着对海底以下生物圈研究的深入，这种说法可能要大打折扣了，因为最大的生物圈不仅只在深海了，而包括了海底之下。

对生命在极端下生存的了解有助研究外太空生命

报导说，我们可能永远无法确定生命在地球的起源，但科学家认为，对生命力在困难情况下生存的了解掌握，将进一步引导我们研究外太空的生命。目前从火星所得到的新证据，美国航空航天局已经确认其上曾经有水，也可能像新墨西哥州的海水一样有盐矿床。美国航空航天局科学家2008年7月30日称，美国卡西尼飞船的最新观测数据表明，在土星最大的卫星--土卫六表面发现了液体。土卫六是太阳系内除地球之外第二个表面发现液体的星球。土卫六大型湖泊中至少有一个充满了液态碳氢化合物，而且可以肯定这个湖泊中含液态乙烷。

报导说，在地球上火山爆发热液通口周围的地表下，有可能是某些生物的产生之地，因为它的环境似乎具备产生化学反应的要素，制造有机生物的基本条件。众所周知，乙烷在合适的化学反应条件下可以生成更为高级的有机物质。那么如果推测土卫一个湖泊中所含液态乙烷，在适当环境下生成制造有机生物的基本条件，似乎不是天方夜谈，只是等待科学进一步证实而已。

木星的卫星欧罗巴（Europa）可能存在许多火山，在其冰封的表面之下可能存在具有热液活动的海洋。这样我们用来在地球上经常出现火山爆发的海洋中或海底之下探寻生命所用相同工具和技术，将被证实在木卫的生命探上也可发挥用途。