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地球上最大的细胞构筑神奇的海底花园

2021-05-28 13:14:52 来源:新浪科技 责任编辑:
地球上最大的细胞构筑神奇的海底花园

  新浪科技讯 北京时间5月28日消息,想象你是一位海洋生物学家,此刻正遥控着深潜器探索科考船下方幽暗的海洋深渊。你的眼睛盯着屏幕,同时操纵着深潜器下降到几千米深处。一开始,深潜器在阳光充足的水体中航行,可以见到丰富的鱼类和水母,但随着光线渐暗,水体中只能见到不断“飘落”的碎屑,这些都是来自上方的生物尸体和废物。科学家将这些柔和而密集的碎屑称为“海雪”。最终,你在屏幕中只能看到无尽的黑暗;那里也具有极端的压力,一个聚苯乙烯泡沫咖啡杯会被压成顶针大小;另一方面,深海的低温也会让人感到彻骨的寒冷。海床逐渐进入深潜器的镜头中,它们就在那里,形成了一个由巨大细胞组成的花园。

  这些单细胞生物被称为“深海巨型有孔虫”(xenophyophore),可以长到篮球大小。它们就生长在沉积物上,形状各异,有的像康乃馨或玫瑰,有的则具有格状结构。与浅水中的珊瑚一样,深海巨型有孔虫的身体在深海海床上也创造了独特的栖息地。目前,许多深海平原还没有被探索过,科学家也很难对巨型有孔虫的生活进行研究。

深海之谜:研究人员拿着一只深海巨型有孔虫(xenophyophore),其褶皱内还生活着一只海蛇尾

  不过,可以确定的是,深海巨型有孔虫所创造的“花园”可能覆盖了大西洋和太平洋的大片区域。美国斯克里普斯海洋研究所的海洋生态学家丽莎·莱文表示,深海巨型有孔虫“代表了海洋生物多样性中一个鲜为人知的要素”。而且,它们也“非常脆弱,极易容易受到人类干扰”。这种干扰或许已经来临。

  构筑海底“花园”

  想象一下,这些细胞如此密集地挤在一块,每一个巨大的细胞都利用其周围的沉积物,建造起一所“房子”;有些细胞还会伸出像头发一样的纤维,去搜寻并抓住大小合适、最适合建造的颗粒。尽管只是一个单独的细胞,但每个细胞都能将这些材料组装成精致的“建筑”结构。

  有了“房子”之后,许多深海巨型有孔虫便以上方水体落下的海雪为食,在黏稠的细胞内部消化这些生物遗骸,然后排出类似动物粪便的代谢产物。英国南安普顿大学的生态学家安德鲁·古戴领导的研究小组利用CT技术对巨型有孔虫进行了扫描,透过外壳观察里面的细胞结构。他们发现,每个细胞都像树枝一样在外壳内扩展,延伸至各个角落,但还有剩余的空间。

  通过这些具有精细结构的外壳,以及自身所产生的代谢废物,每个巨型有孔虫细胞都创造了一个微型世界。在20世纪80年代末,当莱文第一次将这些生物作为研究兴趣时,几乎没有其他科学家对它们给予应有的关注。她发现,有超过15个主要动物群体,包括海绵、软体动物、甲壳动物和多毛纲动物等,生活在这些单细胞“城堡”中;一些细胞甚至容纳了超过100种不同的动物。有些动物就以巨型有孔虫的排泄物为食。莱文说:“它们在功能上就像这些动物的公寓。”2019年,她和斯克里普斯海洋研究所的同事、生物学家格雷格·劳斯发现了一个可能依赖深海巨型有孔虫的新类群:鱼类。

在冰冷幽暗的深海,深海巨型有孔虫构筑起了属于自己的世界

  他们从哥斯达黎加附近几千米深的海床上收集了巨型有孔虫的样品,从中发现了属于狮子鱼科副狮子鱼属(Paraliparis)鱼类的卵和胚胎。深海狮子鱼长得就像大型蝌蚪,其产卵器类似注射针头。有些物种会将卵偷偷产在海绵里,有些则产在螃蟹的鳃里,甚至还有的产在活着的蛤蜊中。有些深海狮子鱼种类可能会将卵产在巨型有孔虫的外壳内,与这些巨大的细胞建立起新的联系。

  深海狮子鱼在多大程度上利用巨型有孔虫,其他鱼类是否也会这样做,目前还不得而知,但这些发现展示了这些非凡的单细胞生物对深海生态系统的重要性。对于生活在这些“花园”里的深海狮子鱼和其他动物来说,巨型有孔虫提供了可以栖身和产卵的场所。这些区域也因此成为生物多样性的热点。当渔网拖过海底,将巨型有孔虫捕捞上来时,就预示着船已经进入了比周围海床更加丰富的生物栖息地。

  然而,深海巨型有孔虫造就的栖息地也十分脆弱。事实上,它们对于深海生物多样性是如此重要,以至于被联合国指定为“脆弱海洋生态系统”的指标;在这些生态系统中,生物群落对外界干扰非常敏感。根据对这些指标在独特性、功能和脆弱性等方面的评估,深海巨型有孔虫的排名仅次于深海珊瑚。丽莎·莱文说:“它们大多数都非常脆弱,很容易受到破坏,如果处理时不小心的话,就会变成一堆沉积物。”

  深海采矿

  深海巨型有孔虫最丰富的一些区域位于太平洋深海克拉里昂-克利伯顿断裂带(Clarion-Clipperton Fracture Zone,简称CC区),这是夏威夷和墨西哥之间的一个450万平方公里的深海平原和山脉区域。生物学家对该地区的海床进行了调查,发现每平方米有多达12个深海巨型有孔虫,形成了一种单细胞礁石系统。2016年进行的另一项海底调查也发现了14个深海巨型有孔虫物种和12种刺胞动物、棘皮动物和海绵,其中包括7个新物种。

  不过,克拉里昂-克利伯顿断裂带之所以吸引国际关注,并不是因为巨型有孔虫,而是拳头大小的多金属结核,它们就像蛋糕上的糖屑,散落在该地区广袤、柔软的海床上。每个多金属结核的核心都包含一小块外壳或化石,其表面被像晶体一样生长的矿物质包围着。这种生长过程非常缓慢,平均每百万年才生长几厘米(最慢的只有几毫米)。最大的多金属结核可能有数千万年的历史。尽管形成过程堪比地质时间尺度,但世界各国采集这些多金属结核的热潮正在加速。

  深海多金属结核所含的矿物质包括锰、镍、铜和钴,这些元素都是太阳能电池板和电动汽车所用电池的关键组成部分,是新兴的“可再生”能源经济所需的元素。

  单单1公斤的钴就能卖到50美元以上。连同其他金属,这些多金属结核采矿场的价值百科可达数十亿美元。许多公司和国家都跃跃欲试,等待开采这些矿藏的机会。尽管距离陆地数千公里,但包括法国、日本、德国、韩国在内的许多国家都宣称对克拉里昂-克利伯顿断裂带的部分区域拥有主权,国际海底管理局(ISA)也已经颁发了16份在那里进行多金属矿脉勘探的许可证。

  多金属结核采矿需要用到像拖拉机大小的真空装置,通过连接船体的管子将结核吸走。在这一过程中,巨型有孔虫及其生态系统也会被带到海面以上。生物学家尚不清楚水下矿场能否恢复,以及如何恢复。

  一项对大西洋海底巨型有孔虫的研究发现,它们的生长速度很快,在8个月的时间里体积能增加几倍。但是,通过这些物种来推断克拉里昂-克利伯顿断裂带的巨型有孔虫可能并不合理。正如同一类群中不同动物的生长速度存在差异,这些巨大的细胞可能也是如此。目前,科学家对巨型有孔虫的繁殖和扩散能力,以及它们需要多长时间才能在矿区重新建立种群,都知之甚少。当然,这一切只适用于不生活在多金属结核上的深海巨型有孔虫,因为多金属结核本身就需要数千万年才能重新形成。

  2021年4月初,绿色和平组织与Deep Green矿业公司的一艘采矿船发生了冲突。一些公司也承诺在对环境影响有更多了解之前,不会使用深海开采的矿物。与此同时,国际海底管理局可能很快就会从目前的勘探阶段过渡到允许进行第一代深海采矿。

  在深海环境几乎完全未知的情况下,对其进行环境影响评估是非常困难的。可以确定的是,深海巨型有孔虫所生活的环境完全不同于人类所熟悉的其他生境。这些单细胞生物有人类拳头那么大,它们为其他物种创造了栖息地,在生态系统中的重要性不亚于珊瑚。丽莎·莱文说:“我希望人们能够关心深海环境,了解那里是多么奇妙,多么令人惊奇,多么非同寻常。”她指出,深海巨型有孔虫是指标性的生物——我们不知道深海采矿可能会带来什么后果,但我们必须小心行事,因为这些奇特的生命形式极为脆弱。(任天)

原标题:地球上最大的细胞构筑神奇的海底花园

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