來源：科普時(shí)報(bào)

作者：陳楚天

地球上有關(guān)生命起源的假說眾多?！吧鹪从诤５谉嵋簢娍凇北闶瞧渲幸环N。近日，東華理工大學(xué)、長安大學(xué)等科研人員發(fā)表在《美國地質(zhì)學(xué)會公報(bào)》上的一項(xiàng)新研究，揭示了海底熱液促進(jìn)華南下寒武統(tǒng)黑色頁巖的金屬富集。海底熱液再次引發(fā)關(guān)注。

1977年，“阿爾文”號潛水器在東太平洋加拉帕加斯斷裂帶近2500米深處，發(fā)現(xiàn)了海底熱液噴口以及轟動世界的熱液生物群落。

與陸地上光合作用產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)不同，這是一個(gè)完全不依賴光合作用的化能自養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)，其內(nèi)生活著的化能自養(yǎng)微生物，能利用熱液噴口不斷釋放的甲烷、硫化氫等氣體參與的氧化還原反應(yīng)，釋放化學(xué)能，并以二氧化碳為原料合成有機(jī)物，為底棲動物提供生存基礎(chǔ)。熱液區(qū)常見的底棲動物有軟體動物門的螺、貽貝、蛤，節(jié)肢動物門的蝦、蟹，環(huán)節(jié)動物門的管狀蠕蟲，刺胞動物門的海葵等。另外，共生也是這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中比較常見的種間關(guān)系，如管狀蠕蟲和化能自養(yǎng)微生物。

在生命起源所需要的幾個(gè)關(guān)鍵條件上，科學(xué)家的觀點(diǎn)基本一致：液態(tài)水、物質(zhì)要素（如碳、氫、氧、氮及各種微量元素）、能量供應(yīng)，以及抵御早期地球形成時(shí)對原始生命造成威脅的天體碰撞、宇宙輻射、強(qiáng)紫外線等適當(dāng)?shù)沫h(huán)境條件，還有必要的時(shí)間。這樣，海底熱液環(huán)境成了“生命起源”的理想場所。

覆蓋地球表層的海洋早在42億年前就已經(jīng)形成了，當(dāng)時(shí)地球構(gòu)造活動頻繁，熱液活動普遍。熱液中發(fā)生多種化學(xué)反應(yīng)，可以滿足生命起源過程中的物質(zhì)和能量需求。由于海底熱液噴口可以在很小的空間尺度上提供巨大的理化梯度，并形成不同條件的微環(huán)境，因此可以大大縮短生命演化的時(shí)間。另外，模擬實(shí)驗(yàn)表明，海底熱液環(huán)境中，可以形成一些初級有機(jī)物，能夠?yàn)榈厍蛏仙钠鹪磁c演化提供最初的有機(jī)質(zhì)積累。

“生命起源于海底熱液噴口”的假說有以下兩個(gè)證據(jù)。

證據(jù)一：嗜熱的“共同祖先”?？茖W(xué)家根據(jù)“分子鐘”理論和基于生物基因序列勾勒出“生命演化樹”。一個(gè)生物越接近演化樹的“根”部，就說明它起源得越早。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，位于“生命演化樹”“根”部的大多是嗜熱的古菌和細(xì)菌。如今，這些極端嗜熱微生物大多是從海底熱液環(huán)境中分離得到的，平均最佳生長溫度超過80攝氏度。嗜熱應(yīng)該是現(xiàn)存嗜熱微生物從“共同祖先”繼承下來的最原始的生理特性之一。這是生命起源于海底熱液噴口的重要證據(jù)之一。

證據(jù)二：不需要太陽的“黑暗食物鏈”。長久以來，光合作用和氧氣一直被認(rèn)為是生命起源的必要條件之一——盡管相關(guān)假說無法解釋“光合作用出現(xiàn)”滯后于“生命的出現(xiàn)”這一現(xiàn)象，直到人類在黑暗的海底熱液噴口處發(fā)現(xiàn)了無機(jī)化能自養(yǎng)微生物。由于熱液和海水在理化性質(zhì)上存在巨大差異，化學(xué)反應(yīng)頻繁，所釋放的能量十分可觀。自養(yǎng)微生物正是利用這些能量，成為海底熱液生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)者，并支撐整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的繁榮。

另外，海底熱液地球化學(xué)和生物化學(xué)的相關(guān)性，也為生命起源于海底熱液環(huán)境提供了線索。例如，生物代謝機(jī)理過程中，與電子轉(zhuǎn)移密切相關(guān)的鐵硫蛋白中心與熱液循環(huán)過程中形成的鐵硫礦物在結(jié)構(gòu)和成分上存在諸多相似性。這從生物學(xué)的角度加強(qiáng)了地球早期生命與無機(jī)世界之間的聯(lián)系。