生命进化的十大发现(四)

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4.在深海热泉周围发现新生物（1977年）

1977年，在加拉帕戈斯岛东北方200海里约2700米深处潜水摄影的鲍勃·巴拉德和“阿尔文”号海洋地质调查深潜器的工作人员在深海的热泉附近发现了令人惊讶的生命形式，它们完全不需要太阳的能量。这些海底间歇泉沿洋中脊的火山分布，在这里冰冷的海水渗入地壳的裂隙中。热水重新喷出与洋底冰冷的海水混合在一起产生了热柱，黑色的流体混杂着硫黄铁矿、黄铁矿、闪锌矿和铜、铁的硫化物等物质。

热泉生物能够生存完全是依靠化学自营细菌的初级生产者。从“黑烟囱”喷出的热液里富含硫化氢，这样的环境会吸引大量的细菌聚集，并能够使硫化氢与氧作用，产生能量及有机物质，形成“化学自营”现象。这类细菌会吸引一些滤食生物，或者是形成能与细菌共生的无脊椎动物共生体，以氧化硫化氢为营生来源。一个以“化学自营细菌”为初级生产者的生态系统便形成了。

依照目前研究对热泉生物的了解，它们的生长速度非常快。以贝壳来说，由于它们是滤食性动物，会有鳃、消化系统及进出水口器官；可是海底热泉的贝壳不一样，它们的消化系统和进出水口已经呈退化现象，海底细菌会住在它们的鳃里面，等到繁殖多了，就会被贝体利用，于是贝壳的生长速度也变得非常有效率。

对于生命是最先诞生于地球表面，还是起源于海洋底部的热泉，目前科学界仍在争论。早在20世纪20年代，科学家就指出在出现生命前的原始海洋里存在有机分子构成的原始汤。经过多年探索，科学家认识到氨基酸是构成有机体的最主要成分，而氮又是构成氨的基本成分，因此氮怎样转变成氨就成为生命起源过程中必要的一步。

美国华盛顿卡内基研究所地球物理实验室的黑普及其同事在《自然》杂志上介绍说，他们进行的实验发现，在高温和高压下利用金属矿物质作为催化剂，氮分子可以与氨发生还原反应，生成由一个氮原子和三个氢原子组成的具有活性的氨分子。黑普等在研究中发现，如果以金属矿物质作为催化剂，氮分子还原生成氨分子的条件为温度300℃～800℃，压力0.1千帕～0.4千帕，而这些条件正是早期地壳和海底热泉系统的典型特征。

研究人员指出，作为生命起源的前奏，氮分子向氨分子转换的过程很可能发生在大量溶解了矿物质的海底热泉周围。而一个富含氨分子的环境比一个氮分子占主导的环境，能更有效地满足早期生命起源对氮元素的需求。另外黑普等在研究中还发现，在800℃以上的环境下，氮元素只有以分子形式存在才能保持稳定，从而排除了早期地球大气中大量产生氨分子的可能。因为在地球形成的早期，由于小行星的撞击，地球表面温度要超出800℃。

研究人员推测说，海底热泉在地球早期如果能够产生足够的氨分子，通过海洋与大气的水和气体交换，氮分子占主导的旱期地球大气中氨分子会逐渐增多。由于氨属于温室气体，能够对地球表面起到保暖作用，这同时也解释了为什么在当时太阳能量不足的情况下，地球上的海洋仍能保持液态。

2013年2月，最新的报道称，英国科学家在对加勒比海海底的考察中，发现了一组令人惊叹的热液喷口，这是目前为止人类发现的最深的热液口。该发现位于开曼海沟。利用遥控的深潜器，科学家偶然发现了这些喷口，其水深将近5000米。从海面科考船接收到的视频和图片看，这些深海的“黑烟囱”有将近10米的高度。新发现的热液口喷出的水温度达到401℃，这是迄今为止发现的温度最高的热液。此次探险由自然环境研究理事会资助，搭乘的是“詹姆斯·库克”号科考船。

首席科学家，美国国家海洋学中心的乔恩·科普利博士将这一发现称为“完完全全的惊喜”。“我们一开始认为这是一个以前探索过的站点，但它看起来完全不同，我们以为是环境发生了改变。但最终我们意识到，它看起来不同是因为它本来就不同。”乔恩·科普利说，“在深海进行研究的美妙之处在于，你总是可以遇到完全新奇的东西，这也提醒我们还有更多未知的事物。在那几分钟里，我们想到的不是科学：而是地球的奇妙，以及那些隐藏了如此之久的东西。”

科学家希望，这项研究最终能回答两个关键问题：为什么会有生命出现在这种看起来十分恶劣的环境中？这些生命又是如何演化的？