冷泉生物群和热液生物群：生命的诞生地

科普中国-科学原理一点通 2017-12-18

　　由于海底出现渗透、渗漏的现象，导致地层内部的热源从海底溢出，造成冷热泉。科学家猜想，生命的萌芽，正是在早期海底热液喷口周围，也许，这就是生命的起源地。

　　冷泉生物群和热液生物群有什么区别

　　你知道海底是“漏”的吗？海底的岩层或沉积物不是严丝合缝的，冰冷的海水会慢慢沿着缝隙往下渗漏，来自地层中的不同成分、不同温度的流体也会从海底向海水中喷溢。

　　当从地层中喷溢出的流体成分以二氧化碳、硫化氢或碳氢化合物（甲烷或其他高分子量的碳氢气体）为主，温度与海水接近时，称为冷泉；当从地层中喷溢出的流体，富含各种气体组分和金属元素的温度明显高于周围海水时，就是热液。

　　冷泉生物-深海无柄海百合

　　有意思的是，那些已经发育了的茂盛生物群落，往往就聚集在这些流体喷出的冷泉或热液旁边。但是由于环境的原因，热液生物群和冷泉生物群既有明显的不同，又有相似的地方。拿微生物来说，自养微生物依靠化学反应获取能量并合成有机质，大多生活在冷泉和冷泉环境中，也可以形象地说，流体中的化学物质是供养它们生存的食粮。由于大量的甲烷分布在冷泉流体和热液流体中，因此，繁衍了甲烷氧化菌，它们既能在热液环境也能在冷泉环境中生存。

　　在冷泉环境中有奇妙的结合，硫酸盐还原菌必须与甲烷氧化菌组合成“共生体”，双方离开彼此均不能存活。它们构成球状或圆柱状，一般情况下是甲烷氧化菌群被硫酸盐还原菌群一部分或完全包裹住。甲烷氧化菌与硫酸盐还原菌的平均数量比例为1：2。与冷泉流体化学组成不同的是，热液流体富含多种金属离子和氢气等。所以在热液环境中，微生物群会以氢气或金属离子等为“食”，在这里自在生活的有铁氧化菌、氢氧化菌、锰氧化菌和铁还原菌等。

　　前所未见的奇异生物：大得出奇的红蛤和海蟹

　　目前已经发现的冷泉动物物种超过210种，而热液动物物种超过500种。其中，常见的在冷泉或热液环境中居住的有管状蠕虫类，如贻贝、蜗牛、腹足、帽贝、蛤和虾等动物。常栖息于冷泉或热液环境中的有多毛类，如螃蟹、海绵、棘皮、海葵和藤壶动物等。尽管管状蠕虫、贝类等动物的踪迹在冷泉和热液环境中都有，但在生理特性上有很大的差异，在生物分类学上也隶属于不同的种属。以管状蠕虫为例，管状蠕虫在热液环境中每年最快可以长0.8米，管体长度最长可以达到3米，被认为是地球上生长最快的动物之一。生活在冷泉环境中的管道蠕虫相比之下生长很缓慢，长到两米长要活到200岁，对于地球上其他“长寿”生物而言，如此“高龄”，也是罕见。

　　深海热液可能是生命的起源地吗

　　有关生命起源的假说有很多，比较流行的有“黏土矿物”产生论、“原始汤”和“黄铁矿”起源论起源说，还有“外来星球输入”等假说。

　　随着科学家对生态系统研究的深入，发现地球早期的环境与深海热液环境非常相似。热液微生物具有“不依赖于太阳光”以及“嗜热”的特性。“生命起源于海底热液喷口”成为新的科学假说，并逐渐受到人们的关注。海底热液活动的强度在海洋刚形成时，是现今强度的5倍。广泛并剧烈的海底热液活动，导致了地球内部热量的散溢及大量气体和还原性金属元素的产生。

　　那个时候的海洋富含还原态的锌、铜、铅、锰和铁等金属离子，以及硫化氢、甲烷和氢气等气体，处于强还原环境。海水的温度为70°C～100°C。大气中二氧化碳的含量很高，几乎不含氧气，因而海洋呈酸性，这些都是因为光合作用还没有出现。现代海底热液喷口周围的环境与早期海洋环境非常相似。科学家猜想，生命开始萌芽，正是在早期海洋海底热液喷口周围。那么，在地球上所有生命的“共同祖先”是哪些生物呢？根据“分子进化时钟”的基因测序，科学家勾勒出了地球上所有生物的“生命进化树”。位于“进化树”根部，代表着地球上所有生物“共同祖先”的微生物，绝大多数是从海底热液环境中分离得到的超嗜热古菌。