生物世界

中国海洋大学—中国科普研究所海洋科普研究中心供稿

地球上有关生命起源的假说众多。“生命起源于海底热液喷口”便是其中一种。近日，东华理工大学、长安大学等科研人员发表在《美国地质学会公报》上的一项新研究，揭示了海底热液促进华南下寒武统黑色页岩的金属富集。海底热液再次引发关注。

1977年，“阿尔文”号潜水器在东太平洋加拉帕加斯断裂带近2500米深处，发现了海底热液喷口以及轰动世界的热液生物群落。

与陆地上光合作用产生有机质的生态系统不同，这是一个完全不依赖光合作用的化能自养生态系统，其内生活着的化能自养微生物，能利用热液喷口不断释放的甲烷、硫化氢等气体参与的氧化还原反应，释放化学能，并以二氧化碳为原料合成有机物，为底栖动物提供生存基础。热液区常见的底栖动物有软体动物门的螺、贻贝、蛤，节肢动物门的虾、蟹，环节动物门的管状蠕虫，刺胞动物门的海葵等。另外，共生也是这个生态系统中比较常见的种间关系，如管状蠕虫和化能自养微生物。

在生命起源所需要的几个关键条件上，科学家的观点基本一致：液态水、物质要素（如碳、氢、氧、氮及各种微量元素）、能量供应，以及抵御早期地球形成时对原始生命造成威胁的天体碰撞、宇宙辐射、强紫外线等适当的环境条件，还有必要的时间。这样，海底热液环境成了“生命起源”的理想场所。

覆盖地球表层的海洋早在42亿年前就已经形成了，当时地球构造活动频繁，热液活动普遍。热液中发生多种化学反应，可以满足生命起源过程中的物质和能量需求。由于海底热液喷口可以在很小的空间尺度上提供巨大的理化梯度，并形成不同条件的微环境，因此可以大大缩短生命演化的时间。另外，模拟实验表明，海底热液环境中，可以形成一些初级有机物，能够为地球上生命的起源与演化提供最初的有机质积累。

“生命起源于海底热液喷口”的假说有以下两个证据。

证据一：嗜热的“共同祖先”。科学家根据“分子钟”理论和基于生物基因序列勾勒出“生命演化树”。一个生物越接近演化树的“根”部，就说明它起源得越早。科学家发现，位于“生命演化树”“根”部的大多是嗜热的古菌和细菌。如今，这些极端嗜热微生物大多是从海底热液环境中分离得到的，平均最佳生长温度超过80摄氏度。嗜热应该是现存嗜热微生物从“共同祖先”继承下来的最原始的生理特性之一。这是生命起源于海底热液喷口的重要证据之一。

证据二：不需要太阳的“黑暗食物链”。长久以来，光合作用和氧气一直被认为是生命起源的必要条件之一——尽管相关假说无法解释“光合作用出现”滞后于“生命的出现”这一现象，直到人类在黑暗的海底热液喷口处发现了无机化能自养微生物。由于热液和海水在理化性质上存在巨大差异，化学反应频繁，所释放的能量十分可观。自养微生物正是利用这些能量，成为海底热液生态系统的初级生产者，并支撑整个生态系统的繁荣。

另外，海底热液地球化学和生物化学的相关性，也为生命起源于海底热液环境提供了线索。例如，生物代谢机理过程中，与电子转移密切相关的铁硫蛋白中心与热液循环过程中形成的铁硫矿物在结构和成分上存在诸多相似性。这从生物学的角度加强了地球早期生命与无机世界之间的联系。

编辑：吴桐

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