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深海的陌生空间

2006-04-24 15:01 作者:吴戈 2006年第12期
“深海是地球上最大的生物圈,也是我们了解最少的。”华盛顿史密桑尼亚学会的迈克尔·维基奥尼说

达尔文踏上加拉帕哥斯岛几十分钟内就发现了五个新物种,今天还有这样的新世界吗?不要以为21世纪地球上就没什么可发现了。“深海是地球上最大的生物圈,也是我们了解最少的。”华盛顿史密桑尼亚学会的迈克尔·维基奥尼说。

海洋70%的部分是没有鲨鱼的;不只是热带浅海有珊瑚,在从挪威到新西兰,最深达6000米的海底都有珊瑚礁;不只非洲草原有食腐动物,海底估计有85万头鲸的尸体,吸引着185个物种,消亡过程长达上百年……最近几个月,关于海洋动物的惊人发现不断涌现。同时露面的还有很多外表惊世骇俗、宛若天外来客的深海鱼类,往往尖牙利齿,许多能发出荧光,被冠以“地狱吸血鱼”或“刀齿蝰鱼”等生猛的名号。

深海几乎完全是个未知世界,从超过3000米深度打捞上来的动物有一半都是未知物种,有的物种在1910年发现后就杳无音讯,因为样本太少,有时同一种类的雄性、雌性和幼鱼被分成三个种类。2000年,70个国家共同启动了“海洋生物普查”(CoML)计划,希望用10年时间完成水下全部生物的分类,现在已发现了数千个新物种。上述最新发现就是该计划的一部分——“中大西洋海岭生态系统”(MAR-ECO)考察的成果。2003~2005年间,16个国家的近百名科学家参加了这次在冰岛和亚速尔群岛之间的考察,载人深潜器到达了4500米以下,发现了30多个新物种。目前该项目已进入整理和研究阶段,将于2008年完成。中国的“大洋一号”考察船在2006年1月22日结束的首次三大洋多种资源综合调查中,也在印度洋海底热液喷口附近首次采集了虾、海葵、蠕虫等极端环境下的生物样本。

达尔文1831年乘“比格尔号”的考察还无法涉及深海。早期科学家认为:由于低温、高压和无光,生命在深海即使不是不可能,生存也会非常艰难,超过400~500米水深应该就是生命禁区,但几个世纪以来渔民和水手的见闻都否定了这一点,19世纪五六十年代捞起的海底电缆上也发现有动物。1872~1876年,英国海军“挑战者号”军舰首次完成全球海洋考察,69000海里的航迹涉及除北极外的所有大洋,各国科学家搜集到715个新属和4417个新物种,这些发现的科学报告用了19年才刊登完,有的样品一直研究到今天。1910年春夏,挪威“迈克尔·萨斯号”蒸汽船对大西洋4个月的考察也发现了超过100个新物种。但真正的深海考察还是近50年各种深潜装备成熟之后的事,最近几年步伐明显加快。

深海的挑战

占地球表面70%的海洋平均水深4000米,称为大洋中脊的巨大水下山脉绵延达70000公里,最深的海沟达11000米,每个岛屿下面都是一座海山,有的高耸在海床上数千米。生命最初的30亿年一直在海里生活,深海迄今仍是地球上最大的生存环境,关于它的定义有水深200、400和500米不同主张。深海比太空更严酷,1000米水下的压力是水面的100倍,100米深处光线强度只有水面的约1%。海洋表面温度从40℃到-2℃变化多端,水下平均温度只有3℃~4℃,深海热液喷泉虽然高达300℃~400℃,但喷出1米多后就迅速冷却。

然而海底生态系统仍然比想象丰富得多,MAR-ECO考察队发现:海岭的生命极为繁茂,就像海水中的绿洲一样。主要由火山活动形成的海山非常陡峭,复杂的地形和洋流带来了丰富的营养物,使周围生机勃勃,远洋鱼类往往聚集在海底山脉产卵。

最惊人的深海生态系统在称为“黑色吸烟者”的热液喷泉周围。富含化学成分的高温水从大洋中脊喷涌而出,这里的细菌以甲烷和硫化物为生,利用其中的化学能将无机的碳转化成有机物,构成海底食物链的基础,支撑着巨大的动物群落,包括成群的1米长的管虫和巨大的蛤类,以及海百合、海葵等,近年还发现在北冰洋的深海喷泉和墨西哥湾的海底热沥青喷泉周围也有生物群落,目前从各种海底喷泉周围已发现超过600种新动物物种。

这种生态系统依靠化合作用而不是光合作用,使我们对生命的认识发生了革命。詹姆斯·卡梅伦在他的纪录片《深海异类》中说:“这种聚会在下面的黑暗中已进行了几十亿年,与我们毫无关系,即使太阳明天消失,它们也不在意。”不过最新发现表明:这个世界与阳光下的世界还是有联系的,而且并非与光合作用完全无关。海洋生物学家辛迪·凡·多弗20年前就发现大西洋无眼裂缝虾的背部也有原始的感光器官,以便在完全没有阳光的海底感受到热液喷泉发出的微弱远红外光,借此寻找食物,避免烫伤。2005年初,多弗等人又在深海发现了能利用地热光进行光合作用的绿硫磺菌,虽然这些细菌只能勉强生存,但在外星球的原始生命起源中,这个过程或许很重要。

就连过去长期被看作贫瘠的海底沙漠的泥质平原,表面也有大量的小蠕虫和甲壳类动物,利用上层海水漂下来的有机物为生。再往下原来认为不可能有生命,最近发现海床下数百米仍有活跃的细菌,数量比海床上方水中的生物还多,它们的新陈代谢完全不同。同样惊人的是深海珊瑚,在从挪威到新西兰的大片海域温度只有2℃的海水中,从40到6000米都能见到它们的踪影。虽然生活在阴暗中,但并不比热带浅海珊瑚逊色,有的群体高达7米,一般生活在石壁或海岭上,强烈的海流给它们带来食物,冲走沉积物。大西洋周围最长的珊瑚礁带在挪威罗弗敦岛附近,占地达100平方公里,2002年才被发现。深海生物多数生长极其缓慢,热带珊瑚每年能长几厘米,冷水珊瑚只长约1毫米,有的寿命已有500年。

深海探测难度很大,拖网会破坏多数脆弱的生物,深潜器又会吓跑行动敏捷者。虽然在10万座大型海山周围有很多渔业活动,我们也只对100座左右有详细了解,对新西兰和中美洲之间的南大洋海山几乎一无所知。这样的结果往往是被大海愚弄。2002年,“海洋生物普查”考察北极时未发现任何头足类动物,但第二次去每次下潜都有乌贼或章鱼出现。深潜器在海底见到的蝰鱼像冻僵了一般,其实这是受惊吓的反应,在“海眼”水下机器人的红外镜头中,这种鱼其实能跳一种奇怪的舞。更合理的途径是在海底建立持续观察站,通过电缆与水面连接,过去这种装置主要针对地震活动和浅海地质研究,2006年将安装第一个以生物研究为主的MARS深海观测站,利用摄像机和声纳装置,希望能观测到沉积物雪崩等偶然现象。

新西兰红鱼的故事

2005年3月,澳大利亚联邦渔业部长表示:由于过去10年的过度捕捞,新西兰红鱼(也称橙连鳍鲑,或罗非鱼)的总容许捕捞量由约40000吨降低到2680吨。这种鱼是一位丹麦鱼类学家125年前在亚速尔群岛首次发现的,体长24~42厘米,呈明亮的砖红色,分布大西洋、地中海、印度洋和太平洋500~1500米的广阔海域,虽头大貌丑,但即使数次冷冻和解冻后仍肉质细嫩,味道如蟹肉般鲜美,迅速风靡欧美国家的餐桌。

可惜新西兰红鱼也是生长最慢的深海鱼类之一,33岁才达到性成熟,目前发现寿命可达150年之久。同时,这种鱼虽然分布广,但繁殖率很低,又很少迁徙,喜欢在海山周围大量聚集,有时鱼群长达200公里,很容易被现代捕捞技术大量捕获。寿命如此长的鱼类被过度捕捞,必然形成巨大的空当。

全世界最多时有约30个新西兰红鱼渔场,以新西兰查塔姆高地附近最多,但此地自70年代末开始捕捞,1979年产量就迅速下降。然后是澳大利亚圣海伦斯山附近,1989年5月当地报纸称“海底遍地是金”,仅仅30个月后新闻就变成“拯救罗非鱼已经太迟了”。20世纪80到90年代全球每年捕捞6万吨新西兰红鱼,以致处理和储存设施不足,造成巨大浪费。大西洋东北部的捕捞始于1991年,1994年产量就只及原来的25%,国际海洋利用委员会的报告说此后当地资源再也没有恢复的迹象。1999年发现的马达加斯加海岭渔场2001年后产量也大幅下降。现在全球30个此类渔场有一半捕获量不及原来的30%,25年来总捕捞量已超过100万吨。

实际上,与近海大陆架资源完全不同,对深海鱼类的研究手段至今仍非常有限,我们对深海食物链失去新西兰红鱼后会怎样还一无所知,深海捕捞还会破坏宝贵的生物多样性和海底沉积物。如果没有可持续发展的海洋资源战略,很多生物将在我们还未见过之前就被破坏。海洋中70%的地方没有鲨鱼也并非好消息,科学家们现在相信鲨鱼无法在3000米以下生活。阿伯丁大学海洋实验室主任蒙蒂·普利德教授说:“鲨鱼显然全部在人类能捕猎的范围内,比我们想象得更容易受过度捕猎的威胁。”

如果合理利用,海底生物已经贡献出宝贵的商业价值。利用浅水生物已制造出能治疗滤过性毒菌感染的海绵核苷,绿水母蛋白质也颇受遗传工程学家青睐。美国海港海洋研究所在数万种无脊椎动物和微生物中寻找有用成分,迄今最大的成功就是从一种深海海绵中提取的化合物,已经进入治疗胰腺癌的临床试验。还有人在研究用称为竹珊瑚的深海生物作为人工骨骼,法国Sederma公司用热液喷泉细菌中的酶制造能随温度升高增加防紫外线水平的护肤品,热液喷泉细菌的耐热DNA复制酶也被广泛用于分子生物学研究。圣地亚哥的Diversa公司从海底微生物中发现的两种酶能显著降低制造乙醇的成本和能耗,另一种耐寒的脂肪分解酶可用于清洁剂。朗讯公司的贝尔实验室正在研究深海海绵如何在低温下生长出强度和导光性都比光纤更好的玻璃骨架。夏威夷的Koya USA公司甚至直接出售海底的水,它的网站宣传说这种水含有丰富的矿物和微量元素。现在,从915米深处抽取的水经淡化后,以5美元一瓶的价格在日本出售。

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