看到题目也许很多小伙伴首先会有疑问,泉不就是水,水100℃就蒸发了,怎么可能有450℃的热泉?先别急着喷,中学教材中讲到水的沸点是在标准大气压力之下,然而深海海底压力很大,马里亚纳海沟最深处更是可以达到1000多个大气压力,所以水的沸点会提升。
海底水体由地壳裂缝深入海底岩层深处,由于地壳内越是接近地心温度越高,水在地壳内经加热后水体膨胀,又被送出地壳。在温度T=374℃ ,临界压力P=22.1MPa的环境中,海水就成为超临界状态,这是介于蒸汽和液态之间的一种状态,比水的密度小,但是也有很好的扩散性能,也有更强的承载能力,伴随着热泉喷出的是地壳内部的化合物,不乏有毒物质。而即便是这样的水体环境中,仍然存在着复杂的生物群落。
德国科学家在对大西洋底一处深约4900米被命名为“Piccard”高温热液喷口进行考察时发现,这个喷口附近的水温最高竟然达到464°C,是科学家目前在自然界中发现的温度最高的水体流体,这片热泉也是目前发现的最深的热泉区域。奇异的是这样的海底热泉旁还生存着虾、蟹等动物。于是产生了疑问,这么高温度环境中的虾,该怎样才能煮熟?
这种虾被命名为“Rimicaris hybisae”,是深海热泉附近最常见的虾类,由于生活在暗不见天日的深海海底,这种虾的视觉系统消失,但是却在头部后侧长着丰富的热感受器。这也提示了这种虾的生存,生物的本能是趋利避害,趋利避害需要通过各种感知系统,因为怕热才需要感受热,所以网传的这种虾超级耐热是不符实的。
Rimicaris hybisae虽然生存在热泉附近,但是水是热的不良导体,海底的水体整体上是冰冷的,深海海水大约2-4℃,海底热泉喷流之外一厘米水都是冰凉的,这也是为什么有时候泡澡加的热水明明就倒在脚旁边却不感觉烫。这种现象也被应用在生活中,夏天超市会弄一个空气幕,空气幕是较冷风速大的空气,而室内开着空调,这层空气幕就起着隔热的作用。
所以这种虾实际上仍是生存在冰冷的海水中,科学家甚至拍到过由于距离热泉过近,Rimicaris hybisae被烫红的现象,对虾来说红就是熟了。若是考虑到吃,这种虾用一般的锅子蒸炸煮都能被做熟,但问题是这种虾应该是不能吃或者是不好吃的。
由于海底热泉会带出很多硫化氢等有毒物质,尽管Rimicaris hybisae倾向于让自己置身于正常-氧化的海水与富含硫化氢的还原型海水边界上,这里有毒物质、重金属含量稍微低一些,但依然不可避免地会受到影响,有毒物质在水中是会扩散的。
这又使人好奇这种虾吃什么?这就涉及另一类神奇的生物,它们也生存在热泉旁,那就是可以以硫化氢等为能量来源的化能自养菌。硫化氢是一种还原性较强的物质,一些古老的细菌如硫细菌可以氧化硫化氢,产生的能量可以将二氧化碳和水还原成为碳的有机化合物。
而这类细菌也生存在硫化氢的还原型海水边界上,Rimicaris hybisae将自己的口部和特殊演化的鳃盖塞满细菌,细菌产生的有机物就自然而然成为食物。而研究也揭示了这种虾残酷的一面,它们在食物缺少的时候似乎倾向于同类相食,而且表现出食肉动物的倾向,甚至会捕捉周围的螺类生物。
深海热泉附近不仅有虾,还有蟹,有的地区还生存着深海鱼类,它们主要是靠热泉生态系统维持,可以氧化硫化氢的细菌就成为关键。这种神奇的生态系统使科学家们相信,这种生态系统或许是地球生命起源的方式,因为科学家们也发现一些短链的核酸链似乎倾向于在热泉附近聚集。
地球生命史大约2/3的时间都是微生物主导,这种神奇的生态系统在全球海底的热泉附近都有分布,热泉源源不断地从地球内部带出超热的水,热能催动着物质的自由碰撞反应,核酸就可能在这样的环境中诞生,进而和蛋白质结合性成复杂的生命物质,成为生命诞生的前提。
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