深处

寒冷的深海

对我们中的那些很少冒险的表面波,很难理解的海洋世界有多大。它们覆盖近三倍的地球面积的土地。海洋是一个三维的栖息地。他们的平均深度超过3公里,最深处伟大的海洋战壕,达到表面下近11公里的深度。这是更深比土地最大的山高。几乎每个地方都能找到生活在海洋中。除此之外,海洋栖息地随纬度接近土地,可用性的固体基质如岩石和深度。有一个伟大的海洋栖息地的范围和种类。

人类无法生存在海洋的表面长时间没有专用设备。海洋深处我们的经验以外,很难判断哪些部分的各种各样的栖息地是极端不极端。水的可用性显然不是一个问题对海洋生物和有足够的氧气溶解在海水最能够满足他们的需求。温度大体上没有问题。巨大的水质量提供了大量的热缓冲。地表水最变量,达到40°C在阿拉伯海湾浅海和红海。最低的表面温度是- 1.9°C在极地水域,由海水的冰点。在热带地区,在两极,在表面温度与季节变化不大。温带水域更变量,与英国的温度达到19°C和9月降至2°C在冬天。温度下降和深度2000米以下的深海是一个常数2 - 4°C在世界各地。

光吸收海水,即使在清澈的河水,只有1%的阳光落在表面渗透到50米的深度。光合生物没有发现大约100米以下。大多数生物生活比这更深层次必须依靠食物碎屑的形式(死去的生物和其他有机残骸)从表层海水漂流下来。压力迅速增加深度和生物生活在海洋的底部必须应对巨大的压力。如何将在第六章。

直到最近,我们的知识的生物生活在海洋深处极其有限。科学家们试图从深处样本器官主义必须解决的技术难点和高表面的距离带来的压力。在1960年代末,鲍勃·赫斯勒和霍华德·桑德斯的伍兹霍尔海洋研究所开始调查深海床使用雪橇拖在船,收集样本为净。他们发现,而不是深海的生物有机体是一个虚拟的沙漠,像先前认为的那样,它们含有大量的动物。摘要,弗雷德Grassle,伍兹霍尔,南希Maciolek领导的一组科学家们花了两年时间收集一系列的核心从2100米左右的深度东海岸的美国。动物的他们发现,58%是新的科学。每额外公里他们采样产生新的物种。从这个推断,他们估计,海洋深处可能包含约1000万种。然而,这估计是基于采样一个非常小的比例的海洋床上,有些人认为这是太高了。然而,另外一些人指出,估计只有基于相对大型无脊椎动物的数量。微小的无脊椎动物,特别是线虫,也发生在大量和最深处的那些已经恢复已被证明是新物种。估计的深海物种的数量因此从一百万到1亿不等。 To put this into context, about 160000 marine species have been described so far and about 1.8 million for the whole Earth. It is clear that the deep oceans provide a substantial proportion of the Earth's biodiversity and that much of it remains to be discovered.

科学家们也开始探索使用潜水深度的车辆。远程控制潜水器)的设计可以承受高压力和控制,和发送数据通过电缆连接到一个表面上。1995年,日本科学家成功地降落在马里亚纳海沟的底部ROV Kaiko菲律宾海。这是世界上最深的海沟,一个很容易适应珠穆朗玛峰浸没颠倒。即使在这里,摄像机连接到Kaiko很快观察生活形式的海参和蠕虫。生活可见表面的泥,但是,下面的情况小的迹象。样品带回来的Kaiko马里亚纳海沟每克泥含有成千上万的细菌——远低于在花园土壤,但仍相当大量的。

无人可以和载人潜水器也正在改变我们的观点大体积的海洋,位于海底和表面之间的水域。取样本地区与网只有吸引了一小部分的动物住在那里。许多人过于脆弱被从水中支持他们。潜水器如深罗孚,一人潜水器的蒙特雷湾水族馆研究所,让科学家直接观察这个地区的生活。大多数动物有透明和果冻。水母管属于同一语系,但殖民地的动物可能高达40米长。他们像生活driftnets,粒子在水中的食物。科学家布鲁斯·罗宾逊在蒙特雷湾水族馆,把midwater描述为“暗,失重的世界充满了粗糙的三维蜘蛛网的动物,和他们丢弃的身体部位,是如此众多,“我们现在认为这种微妙的海洋生物形成midwater环境。”

热喷口和冷渗

在一些地方,生活在海底没有依靠表面的碎屑降序,而是可以利用其它更不寻常,能源。1977年,伍兹霍尔海洋研究所的科学家们探索加拉帕戈斯群岛附近使用ROV阿尔文,发现深海喷口被地质学家预测。这些地区物质地球深处的表面,形成新的海底和移动分开大陆板块占地球表面。水渗透这些喷口和出现过热,由于高压,温度高达350°C。什么不是预测,然而,这些看似荒凉的热液喷口盛产的生活。他们被大量的巨型管

图2.10深海热液喷口动物群,包括蛤,螃蟹和管虫。管虫长到1.5米高。乔ogy画。

蠕虫,11.5米长,巨大的蛤蚌,螃蟹和鱼(图2.10)。超过400种动物已确定(到1997年),软体动物、节肢动物、环节动物是最常见的组。的管状蠕虫最初有点神秘,未知的科学。他们是pogonophorans以前门名不见经传的动物只在1900年发现。喷口周围的pogo-nophorans如此与众不同的门,他们常常以他们自己的类或门,Vestimeniferans。Vestimeniferans没有肠道或肠道系统和光线穿透的深海热液喷口。管状蠕虫和其他什么动物吃?

热水从火山口发出富含矿物质溶解了岩石在高温高压下表面。它通常含有高浓度的硫化物。热液喷口充满细菌(古生菌),依靠氧化硫化物(主要是硫化氢)释放的化学能。动物饲料的细菌或其他动物。管状蠕虫和其他动物,港口sulphur-oxidising细菌在他们的组织,喂养他们的活动产生的营养物质。这是第一个社区获得的生物被发现其能源化工(chemotrophic)而不是阳光(photo-trophic)。虽然水从火山口中出现在非常高的温度下(超过300°C),它迅速冷却时去周围海水的温度(约2°C)。然而,细菌需要靠近通风口之前捕获硫化物变得太稀了。他们是极端嗜热菌和可以忍受的温度高达113°C。他们也需要访问氧气(或一氧化二氮)溶解在火山口周围的海水氧化硫化物。 The organisms inhabit a fairly narrow zone around the vents where their requirements for sulphides and oxygen can be met. The tube worms are bright red because of the haemoglobin in their blood; this transports not only oxygen (as does our blood), but also sulphides (which is unusual). The animals thus supply their bacterial partners with the chemicals they need. Some vent animals can tolerate temperatures up to about 50 °C, but most animals are associated with waters at temperatures below 30 °C. The hot waters from the vents and the cold waters of the surrounding ocean do not mix well, however, and the animals are exposed both to extremes of temperature and to rapid changes in temperature. They also have to tolerate the high concentrations of minerals, and other toxins, dissolved in the water.

在某些地方,矿物质沉积形成高chimney-like结构。黑色sulphide-rich水问题从这些,让他们“黑烟囱”这个名字。一些生物生活在黑烟囱的墙壁,他们可能会暴露于高温的地方。庞贝蠕虫(Alvinella pompejana),所谓的,因为它生活在火山的雨从黑烟囱材料发行,是一个多毛纲的蠕虫(一个环节动物门一样蚯蚓),住在管它结构外墙的烟囱。在烟囱内的水的温度非常高,开会时迅速冷却周围的海水。然而,庞贝蠕虫生活非常接近滚烫的水和探针插入他们的管测量温度高达81°C最后离烟囱和22°C开放。如果这些温度反映了这些蠕虫本身,这意味着庞贝蠕虫是已知最耐热的动物,这是暴露在一个非凡的温度梯度沿身体60°C。

1984年,另一个奇怪的深海栖息地被发现。Erwin休斯基尔,海洋地球科学研究中心的德国,也使用ROV艾尔文,观察到楔形泥脊的形式积累的胡安德富卡。正朝着地壳构造板块幻灯片在北美板块俄勒冈州海岸。这些都是点缀着石烟囱形成的矿物质水和气体从海底发行。但是,与热液喷口,这些水是冷的,给他们的名字“冷喷口”或“冷渗”。如果温度足够低,发行从这些甲烷渗漏成为被困在一个冰冷的笼子里的水分子,形成甲烷水合物,看起来像块肮脏的冰。甲烷水合物在陆地上也发现在北极的地方。这些水合物已被证明发生在整个海洋世界的大量和它认为世界上的甲烷水合物含有碳是所有已知的两倍煤炭、石油和ios版雷竞技官网入口 存款的总和。他们可能是一种重要的能源资源ios版雷竞技官网入口 储备耗尽,如果收获他们的问题是可以克服的。这些甲烷存款被认为已经形成的微生物分解有机物质在海洋沉积物。

不仅融化释放的甲烷水合物甲烷和水还硫化氢和氨。这些化学物质提供一种能源密集的社区chemotrophic细菌,这反过来,为动物提供食物包括蛤和管状蠕虫。唯一的动物,实际上生活在甲烷水合物冰虫,Hesiocaeca methanicola,多毛纲的虫的物种。这些蠕虫创建一个当前的水逐渐磨损冰和形成他们所居住的洞穴,喂养的细菌。然而,甲烷冰是一个不稳定的地方,因为它融化6°C以上和一个小温度上升会使它消失。

阴间

直到1980年代末,大多数科学家认为生命是局限于前几米的土壤和海洋沉积物。随着深度的增加,营养变得稀疏,生物也是如此。生物的一些报告从伟大的地球内部深处被解雇与材料的表面污染层。两种技术的发展改变了这一观点。第一个是钻井技术的发展使信心,核心可以从深度检索,没有污染。样本恢复使用镶钻头走向一个伟大的长度从钻井井架旋转钢管。集中示踪材料添加到润滑液,这样当岩石的核心被任何受污染的材料都可以被识别并切掉离开原始样本从地球深处的岩石。第二个发展是技术识别微生物的出现而无需增加他们在文化。所有生物都含有DNA和他们的存在可以显示通过染料染色DNA直接或可以被附加到核酸探针。通过不同的核酸探针,不同类型的微生物的存在可以证明。

使用这些技术的首批科学家参与了地下科学项目的美国能源部(DOE)。他们感兴趣的可能性,如果生物存在于地球的深处,他们可能会降解有机污染物,并帮助维持地下水的纯度,或者不那么有效,降低美国能源部的容器是提议存款从核设施放射性废物。他们的存在许多不同类型的微生物在岩石深处500米在表面之下。从那时起,许多不同类型的岩石中发现了微生物和海洋沉积物深处。生活的深度记录被发现是一个南非的底部金矿,地下3.5公里。压力和温度增加当你深入地球。细菌从热液喷口可以生长在110°C和一些科学家认为地下细菌能够承受的温度高达150°C。这将允许有机体存在深度约7公里海底下,4公里土地的表面以下。虽然生物通常稀疏分布,这是一个巨大的体积,据估计,深层地下生物的总生物量超过那些生活,或略低于表面。

细菌是其中最众多的地下生物,但也有真菌和原生动物。一些微生物10000株从地下核分离。每克的岩石包含1000万个细菌从100个细菌(相比之下,超过十亿每克农业土壤);海洋沉积物含有更高的数字。原生动物以细菌为食,形成一个简单地下食物链的一部分,但细菌吃什么呢?沉积岩形成沙滩和海洋,河流或湖泊沉积物有机物质被困其中。微生物生活在毛孔内的沉积物可以利用这些古老的营养和生长。沉积岩埋藏更深,他们变得越来越压实和毛孔充满矿物质。微生物的分布就可能变得更加参差不齐,凝聚成剩下的毛孔和营养物质的浓度。然而,大部分地壳由火成岩、花岗岩和玄武岩等固化从熔融岩浆。这些岩石太热时支持生命最初形成的;的生物居住在岩石中裂缝和裂缝进行了地下水流经它们。地下细菌不仅依赖于营养被困在岩石或由地下水有完成。有些chemo-trophs,推导能量从铁或含硫化合物的氧化和建筑有机材料直接从二氧化碳和氢气溶解在岩石。这些细菌分泌的有机化合物,然后由其他类型的细菌利用。这些生态系统基于chemotrophic完全独立于物质和细菌太阳能从表面。他们已经被一些科学家称为“煤泥”(地下lithoautotrophic微生物生态系统)。这些社区的一些生物已经从表面分离了很长一段时间,至少有几百万年的历史。营养供应不足大部分地区深层和生物生长非常缓慢,可能每隔几百年繁殖一次。细菌通常是非常小的,反映了低可用性的营养。

生活在地球表面的发现对我们理解许多具有深远影响的过程发生。深层的变化,而不是由于纯粹的物理和化学转换,还可能涉及到生物过程。细菌可能参与矿物质的浓度,如黄金、接缝和产甲烷细菌可以负责形成天然气存款。甚至有人建议由康奈尔大学的汤姆·金,在一个有争议的理论中,世界石油存款是由地下微生物的活动,而不是从古老的植物和动物的残骸。这将意味着石油的形成是一个持续的过程,而不是石油储量是有限的,他们被不断地更新。许多细菌会分解有机物质,是有用的清洁被污染的土壤和地下水。

在某些地方,材料的黑社会是出现在表面。细菌群新兴从一些源自深海火山口煤泥,正如我们所见,矿物质从热液喷口和冷渗。材料从陆地上的深度是一个戏剧性的外观形式的火山。暴力喷发的熔岩和火山灰摧毁任何生活与他们接触,但是,最终,火山的喷发停止,冷却和殖民的生物材料。,而更少的暴力是由地下水形成的温泉或雨水通过接触岩浆加热并被迫表面。尖刻的热水可以不过支持极端嗜热细菌的生长和cyano-bacteria(见第4章)。火山活动甚至可以使一些原本荒凉的环境能够支持生命。在南极罗斯岛埃里伯斯火山是一座活火山。在火山的边缘,气温高到足以融化冰雪,但低到足以支持苔藓的生长,藻类和其他微生物。

继续阅读:没有水的生活

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