地球深處的生物圈

曉　軍

所謂生物圈就是人們所認(rèn)為的生物住所，主要都是在地球上能夠有接受太陽(yáng)能進(jìn)行光合作用的植物和以植物為食的各種動(dòng)物。海洋中也有利用太陽(yáng)能生長(zhǎng)發(fā)育的各種水生植物，以及以這些植物為食的魚類和其他各種生物。追根究底，這些生物都是靠太陽(yáng)能生存的。 據(jù)測(cè)算，世界上陸地和海洋的生物總量約1萬(wàn)億噸，令人無(wú)法想象的是我們腳下地層深處的生物竟然數(shù)倍于這一數(shù)字。那里是迄今人類尚未觸及過(guò)的領(lǐng)域，專家稱其為“地下生物圈”，它的主人公是微生物。這些生物的生存不依賴太陽(yáng)能，而是利用地下的熱能。

地下探索新發(fā)現(xiàn)

最近幾年研究發(fā)現(xiàn)，有多到令人驚訝的微生物種類，悄悄地并且大量地生活在過(guò)去被人認(rèn)為環(huán)境嚴(yán)酷、絕對(duì)無(wú)法生存的地底深處，此處沒(méi)有光線、沒(méi)有氧氣，只有高溫和高壓。這些微生物多數(shù)完全不需要太陽(yáng)能，它們會(huì)利用地球內(nèi)部的熱能來(lái)合成它們所需的有機(jī)物。這種生活方式推翻了我們以往的常識(shí)，或許可以說(shuō)，它們是一種新的生命形態(tài)。

中美科學(xué)家對(duì)大陸科學(xué)鉆探工程中獲取的2000米巖心合作開展了地下微生物研究，通過(guò)對(duì)巖心的低溫冷儲(chǔ)及DNA分析，首次在1080米深度的巖石中發(fā)現(xiàn)了太古菌及細(xì)菌，然后又對(duì)6個(gè)不同的深度、4種不同巖石性質(zhì)的固體巖心樣品及流體樣品進(jìn)行DNA分析，發(fā)現(xiàn)了大量極端條件下形成的微生物，有嗜酸菌、嗜鐵菌、嗜甲烷菌等，并完成了嗜熱微生物的分離培養(yǎng)及鑒定的試驗(yàn)性工作。中國(guó)科學(xué)院微生物研究所和美國(guó)的科學(xué)家還設(shè)計(jì)了一系列培養(yǎng)基，并且分離到兩株活著的高溫菌。以前人們認(rèn)為石頭里沒(méi)有生命，但這些生活在缺氧高溫極端環(huán)境中的“饑餓生命”打破了人們的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)。它們藏身在巖石微細(xì)裂縫里，只靠‘吃鐵、鎳、甲烷等生存。

地下的溫度會(huì)隨著愈來(lái)愈接近地球內(nèi)部的地核而升高，從地表往下每增加1000米深，溫度約上升20℃～30℃。目前生物生存溫度的最高記錄是113℃，專家估計(jì)生物的最高生存溫度可達(dá)120℃～150℃。因此，即使地下5000米處也可能有生物生存。陸上的生物圈再多也只有30～100米的厚度。此外，占地球表面70％的海洋平均水深也不過(guò)3800米，由此可知，地下生物圈是如何巨大了。 有人對(duì)地下微生物的生物量進(jìn)行估算，結(jié)果令人驚訝。地下生物圈可能比我們目前所知的陸上及海洋生物的生物量更多，即地下生物圈可能是地球最大的生物圈！在這個(gè)地球上，現(xiàn)在還有幾乎尚未開拓的巨大生物圈。

為何探索地下微生物？

地下生物圈不只是大，而且還是與現(xiàn)今的生物觀念完全不同的“另一個(gè)新世界”。與地表不同的特殊環(huán)境中生存的微生物當(dāng)中，或許有具備現(xiàn)在尚不知道的特殊功能的微生物。現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)能分解原油及一部分農(nóng)藥的微生物、分解二氧化碳的微生物以及各式各樣特殊的微生物。探索這些具有特殊功能的微生物，是地下生物圈研究的目的之一。 最重要的是，地底下有自己合成有機(jī)物作為養(yǎng)分而不依賴太陽(yáng)光能源的生物。這樣的生物說(shuō)不定是在生命誕生時(shí)，地球還沒(méi)有氧氣，且高溫、高壓的時(shí)候所殘留下來(lái)的。專家認(rèn)為，地下深處的環(huán)境與生命誕生時(shí)的環(huán)境大致相同，因而研究地下生物也相當(dāng)于研究生命誕生時(shí)的生物。此外，研究地下生物對(duì)于研究火星有重要的意義。今年年初，科學(xué)家雖然沒(méi)有找到火星上有生命的直接證據(jù)，但發(fā)現(xiàn)了沼氣和其他可能存在生物活性的跡象，這些特征很像地球上地底生物圈的特征?？茖W(xué)家認(rèn)為火星可能存在地下微生物生態(tài)體系。

【責(zé)任編輯】蒲暉