深海中的黑暗生物群落——热液生物

热液生物是指生活于海底热液口，与化能自养细菌共生，利用硫化物和其他还原物通过化学合成作用进行初级生产，制造有机物的海洋生物群落。研究发现，在海底深处，黑暗的海山顶部存在着深入海底的裂隙，冒着滚滚黑烟，带来了地球内部的化学物质，其中富含硫或氮等元素，微生物通过将硫化氢等还原性物质氧化而产生能量，将二氧化碳转化为有机碳，形成有机物，为热液群落中的其他动物提供食物来源。热液生物群落中遍布着数十种红白色六英尺高的管状蠕虫，处于食物链顶端常以甲壳类动物为食的鱼类，依靠共生细菌获取营养的软体动物，以及一些虾、龙虾和螃蟹等，具有很高的生物多样性。

热液生态系统为生命能量的来源提供了一种新的方式，与光合作用不同，但又不是完全脱离光合作用。两种方式都将二氧化碳和水转化为糖，产生能量。热液生物不依赖来自太阳的光能，但却需要海水中的氧气参与，这些氧气最初也是由光合作用形成，所以某种程度上说热液生态系统不能完全脱离光合作用。

热液生物

 

热液生物

除了无尽的黑暗，这些热液生物还经受着其他的恶劣生存环境：

•致命性气体。热液喷口充满着致命的毒药，主要是来自深部的硫化氢，对于大多数生物而言，这种气体极具致命性，但微生物充分利用了这部分能量，使得它没有被浪费掉，并且为其他生物提供所需的有机物。

•重金属颗粒。热液喷口会喷出大量颗粒，不仅含有剧毒，更会堵塞热液生物器官，为了适应这种环境，一些动物进化出了具有结合金属功能的蛋白，还有一些动物将重金属以粘液的形式排出体外。

•极酸性环境。热液喷口处的pH值可低至2.8，因为酸性太高，喷口处的蜗牛的钙质壳都被溶解掉了。

•令人窒息的压力。热液喷口处在平均近2100米水深下，最深见于3800米下的海底，这里的生物承受着21个左右大气压甚至更多，纵然喷口处热液的温度可达400℃，这极限的压力也使得这些流体不会沸腾。为了适应压力，这些生物体内已经进化成体内器官不带任何气体，比如鱼鳔。（海水中，平均每下降10米，压力约增加1个大气压）

•极致的冷与热。喷口处的热液可达400℃，附近的微生物自身温度也可达到110℃，一些多头蠕虫尾部温度可达80℃，头部却保持在20℃左右，具有很高的低温梯度。海底洋流水温约为1.7℃，每当洋流掠过热液喷口，冷与寒的交替就不断发生，这些生物要经受双重的考验。

研究表明，热液喷口的生物已经生存了数百万年的时间，即使在地球大规模的物种灭绝期间，这些生物依然平静地生活着，几乎没受到任何影响。但这些生物依赖着热液喷口，一旦热液喷口关闭，因能量来源的终止，其附近的生物群落也就不复存在了。

热液形成示意图

这些热液喷口是如何产生的呢？

与陆地上的温泉和间歇泉类似，热液喷口通常形成于海底火山活动区。比如大洋中脊处，板块张裂开来，岩浆沿断裂带涌到地表或靠近海底，海水通过裂缝和多孔岩石渗入洋壳内部，并被深部上涌的岩浆加热。在高温条件下，海水中的氧气、镁元素、硫酸盐和其他化学物质通过化学反应被从海水中去除。与此同时，下渗的海水温度变得更高和酸性更强，从周围的岩石中淋虑出金属元素，例如铁、锌、铜、铅和钴等，就成为了我们所说的热液。随后，这些热液再带着这些元素沿着裂隙上浮回到海底，从热液喷口喷出。

喷出后的热液遇到冰冷的富含氧气的海水，迅速发生化学反应，其中溶解的硫元素和其他物质迅速析出，在喷口周边凝结聚集，就形成了富含各类金属元素的塔状沉积块体，也就是常说的海底“黑烟囱”，海底重要的矿产资源之一。

热液生态系统研究重新定义了我们对于生命的理解。在如此极端恶劣环境下，这些黑暗生物强大的生存繁衍能力让人惊叹，更让我们看到了地球的神秘莫测。在今天，热液生物是如何迁移的，新的喷口如何吸引来“新居民”的，这些问题仍有待研究解决。谈起海洋，我们滔滔不绝的往往是浅海，而对于深海我们却知之甚少，随着科学技术发展，穿过水层，走进深海，我们将一点点拨开地球的神秘面纱。□

（作者单位：中国自然资源航空物探遥感中心海洋航空物探室）