地球深部存在另一个生物圈吗

看过法国作家凡尔纳的《地心游记》的人,一定会对神奇的地底世界念念不忘,也许还幻想过自己也能进行一次这样的旅行。其实,真正的地底下并非如此。在地底下,随着深度的增加,温度会越来越高,压力也会越来越大。一般来说,从地面往下,深度平均每增加1千米,温度就会升高30℃;到35千米之下的地幔层,温度已高达约1000℃,压强也从1.1吉帕上升到了23.8吉帕。此外,在暗无天日的地下深处,没有阳光提供能量,在这种苛刻的环境下不用说是人了,几乎任何生命都难以生存。

鉴于以上种种原因,人们长期以来一直认为地球上只有一个生物圈,它位于地球表面附近,由太阳辐射提供能量。然而,1992年美国康奈尔大学天文学家托马斯·戈尔德发表了一篇文章,革命性地提出地壳中还存在一个深部热生物圈,它位于地壳深部6~10千米处,以地球深层的化学能为能量来源。在过去的20多年间,科学家用钻探的手段对大洋和大陆沉积物及岩石进行研究,揭示了地下深部真的存在一些生理和种群都非常复杂的微生物。它们存在于海底1千米以下和大陆3千米以下的地层中,大部分成员与地表生物圈中的微生物存在巨大差异。

电子显微镜下魔鬼线虫头部特写

2010年,在一项名为“联合大洋钻探计划”的国际科学考察项目中,美国科学家在大西洋海底地壳1300多米深、温度高达102℃的辉长岩层中发现了分布广泛的微生物群。这些细菌种群以甲烷和苯烃等碳氢化合物为食,与在油藏层发现的细菌类似。这是科学家首次在地壳辉长岩层中发现细菌生命,这项发现暗示生命可能存在更深处,甚至是地幔中。2011年,研究人员在南非贝娅特丽克丝金矿3000米深的水中,发现一种魔鬼线虫。在地下如此深的地方,温度超过了40℃,水也因压力大而含氧量极低,我们所熟悉的生物根本无法生存。魔鬼线虫的身长最多约半毫米,以细菌为食,通过孤雌生殖方式进行繁殖。魔鬼线虫这一名称来自中世纪神话浮士德传说中的魔鬼,意思是“不喜欢阳光的人”。这是科学家在地狱般的地底深处发现的第一种多细胞生物,对于研究宇宙生物学具有重要的价值。

“联合大洋钻探计划”的钻探船

目前,深部生物圈是一个充满未知的世界,它们是如何形成和演化的?它们与地表生物群存在什么样的关系?这两个生物群在演化上是否存在先后关系,两者有何功能联系,是否存在遗传物质交换……这些都有待科学家进一步探索。



微博士:三域系统

有科学家认为,原核生物应该包括两大类,即深海和地底深处的古细菌和人们平时接触到的真细菌。这两大类原核生物以及人类这样的真核生物,是从具有同一个遗传机制的共同祖先分别演化而来的。他们把生物界分成古细菌域、细菌域和真核域。域是比界更高的分类层级。

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