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海洋奇妙物语

来源：花匠小妙招时间：2025-06-14 23:15

70.8海洋媒体实验室

70.8 海洋奇妙物语

海洋代言人带你

探索地球上70.8%的海洋世界

本期作者

叶馨厦门大学2019级本科生，海洋物理专业叶馨厦门大学2019级本科生，海洋物理专业

被称为“海底玫瑰”的管状蠕虫是热液区的特有生物，它们上端是红色的肉头，下端是直直的白管，看起来很像白茎红花，也因此得名海底玫瑰。

Q1：

什么是热液区？

热液口是海底沿着地壳裂口逐渐形成的热液喷口，海水沿裂隙向下渗流，受岩浆热源的加热，再集中向上流动并喷发，形成了热液喷口，热液喷口所在区域即为热液区。

海底热液区示意图（图源：自深海科学与工程研究所科普文章《深海秘境——海底热泉和冷泉》）

深海探测的过程中有时会发现海底林立着许多“黑烟囱”，那可不是海绵宝宝做蟹黄堡翻车了，而是由于热液区的矿液（200-400℃）与周围海水（接近2℃）成分及温度的巨大差异，热液快速沉淀，形成粒度细小的硫化物和硫酸盐，表现为形成浓密的黑烟或白烟。

浓烟密布的黑烟囱（截自纪录片《中国的水下捕猎》）

除了高温之外，深海热液区还有着高硫、低氧、无光等等环境特征，而这些都阻碍不了生命在这里繁衍生息。在世界各地深海底黑烟囱喷口周围都发现有着繁荣的生物群落，包括细菌、软体动物、节肢动物等等。不仅如此，热液口生物群落有其独特的种类组成，90%以上是属于这类生境的特有种。

截自纪录片《中国的水下捕猎》

那么问题来了，在环境特征与普通深海区相比变化跨度大的深海热液区，这些生物是怎么生存下来呢？低氧情况下这些生物怎么进行呼吸代谢呢？没有光线到达且食物缺乏的情况下它们生存的能量从何而来？高硫环境下普通生物会由于硫毒害变异死亡这些生物为何安然无恙在这深海一隅活得潇洒？

Q2：

热液区生物如何适应异常的深海环境？

在漫长的群落演替过程中，这里的生物群落发展出自己对环境的适应机制，这些衍生于深海热液口的生命找到了与环境和谐共处的方法。

下面以管状蠕虫为例说明热液区生物适应环境的方式。

管状蠕虫吃什么？

管状蠕虫体内生存着数以亿计的共生菌，它们从热液中获取可还原的硫，又从海中获得氧气，合成管状蠕虫生存所必须的有机物，然后为管状蠕虫提供养分。我们将共生菌与管状蠕虫的关系称为共生关系。

在热液口这种共生模式十分常见，这些自养细菌作为深海热液生态系统的初级生产者，与许多其它热液动物（如管状蠕虫、蛤类、贻贝等）存在共生关系，它们可以利用宿主携带的原料制造有机物，再将部分有机物提供给宿主，从而给宿主提供食物，可见深海热液区有一套完整的自养系统。

图源于网络

在没有光线到达且食物缺乏的深海，在热液口生活着的细菌们，能够进行化能合成作用，比如深海热液区化能自养菌Caminibacter profundus以溶于热液流中的H2为能源，通过氢酶催化H2的氧化获得能量；而一些硫细菌利用周围环境氧化还原梯度大的特点，通过氧化热液中还原性硫化合物（如H2S）来获得能量。总的来说，“万物生长靠太阳”，但是这些特别的细菌不需要太阳光也可以生长。

由管状蠕虫的获取食物的方式我们可以推测出它们必须生活在能同时接触到海水和热液的区域。它们将身体白色的管状部分固定在热液附近以获取硫化物，而将红色的肉头部分漂浮在海水中，与海水充分接触以获取氧气，这样，管状蠕虫就能够获得“生产原料”。但是这样的生活方式让管状蠕虫的底部处于20℃左右的热液附近，上部却接近2℃的海水中，身体跨越十几度的温度梯度，这在其他生物中是极为罕见的。

“强悍如斯”

管状蠕虫如何适应高硫环境？

在一开始，我们就介绍了“黑烟囱”的组成，也由此知道，热液区附近硫含量是比较高的，那么为什么说这种高硫环境会造成毒害呢？对于人类而言，H2S进入血液后与血红蛋白结合生成硫化血红蛋白从而使人出现中毒症状；对于水生生物而言，当水中H2S含量超过0.5~1.0mg/L，对鱼类就有毒害。

事实上，对于任何一种我们熟悉的生物来说，只要摄入微量硫化物，就会使血液中的一种酶失活，生物就会因为无法呼吸而立刻死亡，因此硫化物对于生物来讲是剧毒的。

黑烟囱形成机制示意图（图片来源：Wikipedia）

而热液区生物能够不受高硫环境的影响，因为它们体内具有能氧化这些有毒物质的酶系统，在一些蠕虫的血液中可产生特殊的能结合硫的蛋白质，体壁中也含有特殊的酶系统可氧化进入细胞的游离硫，从而具有对硫的解毒作用。

管状蠕虫生活的海底热液区高温高压，还充满着氢气和硫化氢，但管状蠕虫的血液中有一种特殊的血红蛋白，它们能与硫化氢结合，然后将后者运往共生菌聚集的地方，既防止了有毒气体与酶结合避免中毒，还为共生菌进行化能合成反应提供了原料。强悍如斯的生物，对所谓硫毒害环境无所畏惧，甚至可以化险为夷、化毒为用、化腐朽为神奇，在深海严苛的环境中摇曳生姿，让人感叹生命的顽强！

管状蠕虫为什么跟玫瑰一个色?

有别的色号吗?

加拉帕戈斯裂谷周围的巨型管状蠕虫（图片来源：Wikipedia）

此外，热液口双壳类的血液中也含有血红蛋白，而不像多数软体动物那样是血清蛋白。血红蛋白是一种更有效的携氧者，人体血液呈红色，其中也含有血红蛋白，它帮助运输氧气到身体各个部位，因而具有这种血色素的动物可能是对海水中氧含量低的一种适应机制。

深海热液喷口生态系统是世界上最独特的生态系统之一，它可以喷“金”吐“银，因为这里有着丰富的矿产资源；也可以孕育生命，这里有着丰富的生物群落，颠覆了人们对于极端环境难以生存、生物匮乏的认知，这里的生物面临着巨大的生存挑战，但同时也是最特别的存在。

热液喷口生态系统的研究，不仅是人类探索未知的进步，而且在生物基因、医药、环保等等领域都有广泛的应用前景。人类既可以从对生态系统的研究中获得启发来应对现有的生态问题，也可以迸发关于生命起源的灵感。

参考文献

[1]https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFDLAST2017&filename=AJSH201706012&v=2dobY0ppU43%25mmd2FDCs9dXr0VGxc1NpysQTxLKCPvTRy2A9nNEv2GYbOFUmlvOxdT6R%25mmd2F

[2]深海秘境——海底热泉和冷泉----中国科学院 (cas.cn)

[3]岳文娟. 深海热液区化能自养菌Caminibacter profundus氢酶在能量代谢中的作用及其对环境变化的响应特征[D]. 山东轻工业学院, 2011.

[4]http://video.sina.com.cn/p/news/2019-02-17/detail-ihqfskcp6044823.d.html

[5]沈国英.海洋生态学〔M〕.第三版.科学出版社,2010-1∶267-272

[6]王丽玲, 林景星, 胡建芳. 深海热液喷口生物群落研究进展[J]. 地球科学进展, 2008(06):604-612.

撰文：叶馨

责编：70.8海洋媒体实验室

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