这类细菌休眠了2.5亿年，科学家成功地把它催醒了 - 冯伟民 1席第552位讲者
冯伟民，南京古生物博物馆馆长。
我们从小就知道万物生长靠太阳，这样的理念被视为颠扑不破的真谛，但是深海黑烟囱和热液生物群的发现给了我们1个新的认识，由于在大洋深处还有1套黑暗生物链。它们不依托光合作用，也不是以植物作为食品链的基础，而是靠着地热在黑暗酷热的环境里面，通过化学合成有机质这类途径来进行营养，构成1套系统，极大地丰富了我们对全部地球生物圈的认识。
黑暗生物群与生命起源
冯伟民陶宝工作服
大家晚上好，我叫冯伟民，来自中国科学院南京地质古生物研究所。我是1位古生物学家，但是我今天要花1定时间来跟大家解读1下黑暗生物群究竟是怎样回事。
大家也许会觉得奇怪，1个古生物学家怎样会与现代生物学的重要发现连在1起。其实很简单，由于生命起源是我们全人类共同关注的问题：我们从哪里来、在甚么时间、通过甚么途径、在甚么地方出现的，黑暗生物群实际上提供了很多信息。
先谈1下黑暗生物群是怎样回事。自古以来，人类1直以为大洋深处是黑暗和死寂的。19世纪中叶的时候，英国生物权威向世界宣布大洋600米以下水体停滞、缺氧，是生物的沙漠之地。
1直到上世纪60年代，人们依然认为大洋深处生物非常希少。但是到了80年代，这样的观念得到了很大的改变，由于美国科学家采取现代采样技术，在深达2000米的海水中，在20平方米的样本里发现了800个物种，个体数量超过了9万个。由此发现，深海海底实际上就像热带雨林，生物的多样性非常高。
固然上个世纪生物学界最伟大的发现就是深海黑烟囱。这还要回溯到上个世纪70年代，也就是1977年和1979年，美国科学考察艇阿尔文号两次深潜到东太平洋海底之下的深处，带来了惊人的发现。
当它深潜到海底的时候，发现海水变热了。由于在我们通常的认识当中，海水越深水体越冷，由于物理学的知识告知，冷水比重大，暖水比重小，因而暖水应当处在上层。
但当阿尔文号潜到海底1测温度，发现海底温度到达了8度。拿探照灯对着寂静黑暗的海底1照，这1照可不得了，由于它发现海底到处弥漫着浓浓的黑烟，到处矗立着1根根黑烟囱。深海黑烟囱由此发现。
这个黑烟囱究竟是怎样回事呢？假定我们把占地球表面71%的大洋海水掀掉，就会惊讶地发现大洋海底奇妙的地理地貌景观：海底山脉1共延绵6万千米，散布在各大洋，海底山脉的中央是中央裂谷，大量来自地幔的岩浆就通过中央裂谷喷涌而出，构成了新的洋壳。
随着不断地涌出，先构成的洋壳被推往两侧，终究到达大陆的边沿，沿着俯冲带消失下去。由于大陆岩石圈的比重较轻，而大洋的岩石圈较重，所以到了俯冲带，大洋板块就俯冲在大陆板块之下消失了。
现在我们已知的大洋板块最古老的年龄不会超过2亿年，而新生的大洋不断地在大洋裂谷中产生出来。不管是大洋裂谷还是深海海部，都有大量的热液现象出现，也就是说这些热液现象构成了黑烟囱。
黑烟囱是怎样构成的呢？
当海水沿着中央大洋裂谷渗透到海底深处，最深可达56千米，它与冰冷的海水、热液、地下地幔物资的岩浆搅合在1起，带着大量硫化物，比如硫化铜、硫化锌、硫化铅到达海底表面，与海水再次结合产生沉淀、堆积，构成黑烟囱。黑烟囱有时候生长很快，可以到达每天工作服能进项抵扣吗30厘米。这就是黑烟囱的来历。
科学家对黑烟囱的壳壁进行取样，在电子显微镜下发现了密密层层的硫细菌。这些硫细菌都是通过热液口喷涌而出，散溢到海水当中，乃至钻到生物体内去，成为热液生物群主要的营养来源。
这就带来了1个大发现，海底不但有黑烟囱，还有热液生物群。
深海热液生物群的发现极大地拓展了我们对海洋生命世界的认识，许多科学家为此投入了长时间的广泛深入的研究。他们发现热液生物群生物的密度、丰富度和各种微生物的代谢的多样性是非常高的，相对周围的海区可以高达1万至10万倍。
它是由大量的细菌、古菌、病毒、底栖生物和浮游生物组成。在宏体生物，也就是我们肉眼看见的生物里面，包括了大量的鱼类、虾类、蟹类、腹足类、双壳类、蔓足类等等。
在深海常常出现1种现象，就是个体会变大，例如海底表面的白蛤，1种双壳类动物，它们可以有10尺大，这些蛤类动物的体内共生着很多细菌，同时它还会摄取海水里的细菌作为营养。
这是没有眼睛的热水虾，它大量地附寄在黑烟囱的壳壁上。它背部有1个感应点，可以窥视黑暗的世界。它的体内并没有共生的细菌，但是它的体表有寄生的细菌。
这是鱼类，它的体内一样附寄着大量的硫细菌。
这是1种管水母。
最成心思最奇特最使人好奇的，就是这些管状的蠕虫。它就像1根根棍子，有的人形容它像蛇1样。它是底栖的生物，附沉在海底。
红色的部位是1个呼吸器官。但是经过解剖学的研究发现，它并没有消化系统，也就是说它没有口也没有肛门，但它体内充满着硫细菌。
这就非常成心思了，为何这些生物跟地表上的形态这么像呢？比如说像蛤类、虾类都比较像，但是它们的营养来源却不1样。
刚才说到它们体内充满了硫细菌，而硫化氢对1般生物来说，它的毒性不亚于氢化物，但这些生物活得非常滋润。为何会赋存在这里？
科学家经过进1步的研究，发现管状蠕虫里面有1种血红素。它不但能携带氧气，而且能够对硫化氢的有毒成份发挥极大的消毒作用和吸附作用，并且把硫化氢携带到硫细菌所寄生的器官里面，因此出淤泥而不染，反而通过硫细菌制造营养提供给其他生物，非常成心思。
对单个的黑烟囱而言，由于存在化学浓度的梯度、温度的梯度，生物常常围绕着黑烟囱呈环状散布。
这些细菌和古细菌主要散布在60度到110度这么1个温度范围里面。特别是古细菌，它散布的温度超过了90度，蛋白质在这个温度恐怕都已固化了，但是在深海，对这些古细菌、细菌来说却是它最好的生存范围。
在20度到40度主要散布着多毛类的蠕虫动物；
在2度到15度之间散布着大量宏体的生物，包括管状蠕虫、双壳类、腹足类、鱼类、虾类、蟹类等等。这是在海底拍摄的管状蠕虫动态的场景。
我们发现热液生物群在全球广泛散布，不但在大洋中脊、弧后盆地中，而且在冲绳海槽、地中海里都发现了，在台湾的东北部龟山岛下面的海区也发现了热液活动，发现了大量的热液生物。
龟山岛
这些热液生物和它们的黑烟囱，在世界各地的散布有1种非常有趣的现象，那就是它会随着温度的不同和热液里面的矿物资的不同，显现色彩各异的烟囱体。
深海的黑暗生物群除热液生物群之外，还有1个冷泉生物群。冷泉生物群是怎样回事呢？
海底有天然气的化合物，也就是可燃冰，可燃冰在报纸上常常出现，大家应当有1定的了解，由于它是1种清洁能源，代表了未来的能源。特别是最近几年来，我们国家在南海已成功地收集了可燃冰，已成为我们国家未来战略能源的1个支柱。在地底下升温释放减压这个进程当中，会出现大量的甲烷，因而在海洋里面就会构成1种甲烷柱，也就是冷泉。
通过对冷泉里的液体的营养索取，会构成1套冷泉生物群，包括管状蠕虫、腹足类、双壳类和其他的微生物等等。
我们现在都是生活在有光地区，每天呼吸着新鲜的空气，我们从小就知道万物生长靠太阳，这样的理念被视为颠扑不破的真谛。但是深海黑烟囱和热液生物群、冷泉生物群家政服务行业工作服的发现，给了我们1个新的认识。
由于在大洋深处不但有有光带的生物链，还有1套黑暗生物链。它们不依托光合作用，也不是以植物作为食品链的基础，而是靠着地热在黑暗酷热的环境里面，通过化学合成有机质这类途径来进行营养，构成1套系统，极大地丰富了我们对全部地球生物圈的认识。
刚才讲到了海底地下是漏的，这也就告知我们海洋生物群全部生物生态系统的基础，是来自于地底下的深部。现在科学家已发现全部地球活的生物有30%在海底底下。
有关深部生物圈的认识实际上是有个进程。上个世纪初的时候，有科学家就推测地下深处的底层水含有硫酸根细菌。上个世纪60年代，前苏联进行大陆超级钻探，在11600米的深处发现了厌氧的细菌，固然也有人认为这多是从地表带下去的。
后来80年代的时候，美国为了检验深埋在地底下的核燃料是不是安全，制定了1个地下科学计划，结果在地底深达2800米的地方发现了活的细菌。到了90年代，随着石油勘探和大洋钻探蓬勃兴起，科学家在地底下的各种岩石类型当中，乃至在玄武岩这类火山岩的玻璃碎屑里面也发现了微生物。
这让科学界大为惊讶。由于在我们常规的认识中，这么深的地下，这些玄武岩质的玻璃碎屑里怎样可能有生命现象存在呢？难以想象。现在已发现，海底地下深部的生物圈的含量占到了地球的30%，原核生物有55%到85%是在地下的深部生物圈里面。全球洋底以下的微生物量相当于地球表面生物群的1/10，地底员工工作服+增值税下的生物含量非常高，完全是1套微生物的系统。
极端环境的生命现象，可以说是出现在各种环境当中，不但散布在火山、散布在热泉、散布在海底或海底之下。
这是美国的黄石公园，右侧是我们国家云南腾冲的热泉。在这两个热泉里面，科学家都发现了大量的嗜热微生物。美国黄石公园在这方面研究得比较详细，在60度70度这样的温度范围里面都有不1样的微生物的发现。
图片源自图虫创意
乃至在南极冰盖的冰层下面，也发现了各种各样的微生物。在雨雪里面、在大气里面，都可以发现细菌在传播，这些细菌对雨水的构成也有1定的影响。总而言之地球之大，生命现象无处不在，我们现在所认知的生命现象只是生物圈里面的1部份。
刚才几次都讲到了古细菌的问题，说它是嗜热的1种微生物。它非常特别，特别是跟生命的起源密切相干。这些古细菌普遍有1种现象就是新陈代谢非常缓慢，能量的消耗非常微弱，长时间处于1种睡眠状态。因此带来1个非常成心思的结果就是，它们非常遐龄。
遐龄到甚么程度？我们都知道有句耳熟能详的话：万寿无疆。但是对这些古细菌而言，万寿无疆真是太小意思了，在几千万年乃至亿万年后，它们依然能活着。
让我们看看科学家的发现。这是4000万年前虎魄里面附寄的昆虫所寄生的细菌，科学家通过科学的手段培养了以后，竟然让昆虫里面的细菌活了过来，也就是说这个细菌有4000万岁。
更惊讶的是，在美国新墨西哥州地下600米处的深处结晶盐里面，附存了1种休眠状态的细菌，科学家同样成功地把它催醒了，也就是说它整整生存了2.5亿年。这个微生物在古生代2叠纪的时候就出现了，到现在它居然还能够活过来。
说了这么多，跟生命的起源究竟有甚么关系呢？经过古生物学家的研究，发现了距今38亿年前的化学化石，发现了35亿年前的实体化石，固然也是非常微小的原核生命类的藻丝体。
从化石的角度，我们已可以把生命的起源追溯到那末久远，由于地球46亿年历史，经过了差不多8亿年最后产生了生命。地球刚刚构成的时候，是1种高温高热的还原状态，这跟我们深海海底的黑烟囱热液生物群的环境是非常类似的，所以二者之间有非常密切的关系。
在达尔文1871年给他朋友写的信里面，专门讲到了生命起源的1种可能性。他认为是产生在1个小小的暖水池里面，也就是后来各种版本的木乐工作服“原始汤”里面。这里面有各种各样的盐类份子、无机份子，它们在闪电、各种宇宙射线等能量的激起下构成了蛋白质，合成了有机小份子。
这样的物资对现在来说存在的可能性不大。由于它们1旦出现，就会被现在的生物吃掉或吸附掉，但是在生命出现之前就不存在这个问题。这其实也很好理解，由于地球初期是1种还原环境，而不是氧化环境，1旦有机质构成，它就会很容易的被保存下来，而不会被氧化。
日久积累下来，特别是经过亿万年的积累，“原始汤”里面的有机物资非常地丰富，会产生化学的变化，由此产生有机大份子，卖场工作服产生多份子体系，终究产生活的细胞。当细胞诞生在这个地球上以后，就进入了生物演变阶段。
至于生命是如何构成的，有不同的观点。有的认为是宇宙碰撞出来的，也有的认为是在地球表面自然构成的。科学家在50年代做过1个非常着名的实验，就是美国的米勒实验。他通过1个试管来摹拟初期地球环境，进行闪电方面的激起，1周以后出现了有机小份子。
我国的科学家在生物份子的合成方面、有机物的合成方面，也做了很大的贡献，例如胰岛素等等。但遗憾的是科学实验虽然已实现了从无机到有机小份子，有机小份子到有机大份子的转换合成，但是从有机大份子到最后生命细胞的构成、生命体最初的构成还没有实现，还需要靠科学界的不懈努力。
刚才讲了许多有关于黑烟囱的故事，地下海底的黑烟囱给了生命起源探究很重要的启示。为何呢？首先，海底黑烟囱的环境是高温高压还原无氧的状态，跟初期地球环境非常类似。
其次，它存在1个最大的温度梯度、最大的pH梯度和Eh梯度，也就是说有构成生命诞生的各种物理化学的条件。也许当热液喷出海底地表的时候，它的化学浓度构成了1个极大的梯度变化。
奇迹或许就出现在黑烟囱的壳壁上。德国科学家在1980年的时候就提出了铁硫世界这么1个生命起源的假说。他认为生命的出现极可能就在热液口附近，极可能在黑烟囱的壳壁上先进行了1种铁硫世界的化学变化，然后是生命的现象变化。
固然这样的假说是否是真的，我们还需要几代科学家更多的视察、分析和研究。但是不管怎样样，深海黑烟囱包括其他环境下的生命现象都告知我们，我们目前所知的所了解的，乃至是光学显微镜下所看到的生命现象，只是全部生命世界的1部份，只是它的上层。
如果有兴趣的话大家可以去看1下生命之树，5.2亿年以来，这个生命之树枝繁叶茂，因此我们对地球生命的研究还有很长的路要走。
固然科学家的眼光不单单局限于地球所处的各种类型的极端环境下的生命现象，也将视阈伸到了外太空。近来在《科学》杂志上有1篇报导，讲述了在木卫2这个星球上发现的非常有趣的现象。
这个星球全部被海洋包围，根据它的大气所反应的气体现象推测它的洋底存在热液作用，也就是说有可能存在通过化学能制造有机物的这么1套生命体系，跟我们地球的深海热液系统非常类似。
由此就有1个非常有趣的动机，这些深海的微生物是否是隐含着地球或外星体生命诞生的1种信息？是不是包括着星际之间生命交换的1种密码？我们在期待着更多的发现。
非常可喜的是，我们国家的科学家正在奋起直追后来居上。最近5年来，蛟龙号深潜艇已上百次深潜到世界大洋的各地，对洋中脊、海沟、海盆和海岭等各种各样的海底地貌进行了探测，在热液区、冷泉区发现了大量的新颖的生物种类。
同时中国在大陆也进行了超级钻探，也获得了1定的成果，在地下不到34千米的深处发现了微生物。
我们有理由相信，随着我们国家经济实力的不断增强，科技气力的不断增加，科技设备的不断强大，中国科学家1定会有更多的新发现、更多的新成果，为我们全人类认知地球生命现象做出应有的贡献。
谢谢。
【推荐浏览】
€€
€€
€€
€€
热门演讲，请点击浏览原文
长按，辨认2维码，下载1席app
iOS Android用户都可
