地表下的蓬勃生机

来源 :科学之谜 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w527369
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  人体的极限在哪里?从生理上来说,没有食物,人能坚持3周;不喝水,最多能坚持3到4天;而大脑缺氧超过3分钟就可能造成不可逆的伤害。相比之下,微生物的生命力似乎更顽强,不仅充斥在生物圈的各个角落,甚至在地表之下几千米没有阳光、没有氧气、高温高压的地方也有踪迹。
  巨大的地下生物圈
  科学家一直好奇,这些大部分肉眼看不见的微生物们生存的极限到底在哪里呢?于是他们一直挖一直挖,试图找到一个生命不存在的临界点,结果他们挖得越深,发现的生命就越多,极限不断被打破。
  早在20世纪初,科学家就对人类在地球上已经打出的数以万计的钻孔以及各类矿井、洞穴里的生命活动进行了大量研究,以探索地球深部可能存在的生命。2007年,科学家在南非金矿地下约3.2千米处获得了嗜热细菌,2008年科学家从来自海底以下1.6千米的矿样中也发现了微生物,并推测它们能忍受60℃至100℃的高温。随着不断深入的研究,科学家发现,在我们地表深处似乎隐藏着鲜为人知的新世界,其生命豐富程度远超想象。
  这个地下生物圈有多大呢?根据全球数百个试验地获取的数据,科学家估计,在我们脚下的这个生物圈可以深入地面以下4至4.5千米。其体积可能有20亿至23亿立方千米,这几乎是地球海洋体积的两倍,而且这一规模在未来可能会进一步扩大。细菌和古细菌这两种形式的微生物便是这个地下生物圈的主角,地球上70%的微生物都在此栖息,若以所含碳元素的质量来计算的话,其总重量能达到150亿至230亿吨,是地球上人类所含碳元素重量总和的数百倍。而我们对此知之甚少,因为它们的栖息地对人类来说太难进入了。
  到目前为止,已知生命存在最深的记录是在陆地表面以下5千米,海洋表面以下10.5千米。最耐热的细菌能在121℃的环境中生存。这些是来自52个国家的1千名科学家10年来的研究成果。不过,科学家表示,尽管有这些发现,地下生物圈的下限至今仍然是一个谜。
  地下居民吃什么
  太阳能是生物圈的能量基础。生物圈中有利用太阳能生长发育的植物、以植物为食的各种动物,还有通过分解动植物排泄物、残骸中的有机物获得能量的营腐生生活的微生物。追究根底,这些生物都是依靠太阳能生存的。
  我们所处的生物圈包括海平面以上约10千米,下至10千米处,厚度有20千米,但其实绝大多数生物通常生存于陆地之上和海洋表面之下各约100米厚的范围内。为什么?因为在这个范围之外,往上空气越稀薄、温度越低,所以地面上随着高度的增加,生物种类会越来越少;而在地下,缺乏光照、含氧量低,且地壳内部深度每增加1千米,温度便上升20℃至30℃,是个高温环境。如此极端的环境怎么可能存在生命?
  可事实证明,恶劣的环境并不能阻挡微生物的步伐。那么在这暗无天日如同地狱般的条件下,它们是怎么生存的?
  与地上的“亲戚”不同,生存在岩石缝隙间的微生物主要通过化能合成的方式从周围岩石矿物中获取能量。它们能将氢、甲烷(高温高压环境下特定类型的岩石可以产生这些物质)等氧化获得化学能量,以供给自身的生存需求。有限的能量来源,使它们的新陈代谢几乎停滞,生命周期极其漫长,甚至能达数千年,其慢节奏的生活是地上的人类望尘莫及的。
  探索外太空生命的存在
  地下生物圈的发现,让科学家们兴奋不已。一方面,这些生长在特殊环境中的微生物,或许具备现在尚不清楚的特殊功能,如果能探索到并加以利用,那将可以造福人类。另一方面,地球深部环境与地球生命刚诞生时的高温高压、无氧环境类似,这些能够不依靠太阳能光源自己合成有机物的微生物说不定就是太古时代残留下来的,探索地下生物圈能为我们探索生命起源提供另一种可能。
  更重要的是,既然在地球深部如此极端的环境中有生命的存在,那么在火星、木星等地外星球,是否也能孕育生命?这些地下微生物的生存不需要氧,探索地球以外的生命现象也就未必以氧为先决条件,了解它们这种生存方式有助于我们寻找地外生命的迹象。关于地球深部这个生物圈,还有很多问题等待科学家去探索发现。
其他文献
“明月别枝惊鹊,清风半夜鸣蝉。稻花香里说丰年,听取蛙声一片。”这是宋代词人辛弃疾在《西江月·夜行黄沙道中》的词句,描绘了一幅江西黄沙岭夜间的景象,当辛弃疾漫步在田园间时,蝉鸣和蛙声是如此的响亮。  在生活中,我们也总是能接触到各种动物的声音,不过,除了动物,植物也会发出声音。而且自然界的各种声音里面可包含了大学问,有一个专门的学科——生物声学就是来研究它们的,除了发声机制、声音行为,它还涉及了声音
期刊
溶剂是一种能够溶解其他物质的物质。例如,白砂糖可以溶解在水中,此时,水就是溶剂,被溶解的白砂糖就是溶质。溶剂可以溶解的物质的量受温度影响,一般情况下,热水是更好的溶剂。因為热量增加了分子的运动,分子热运动和固体分子间的吸引力抗衡,使它们更易分散开。同时,分子热运动会增加水分子和固体分子之间的接触次数,导致固体分子溶解得更多、更快。然而,随着温度的升高,气体的溶解度却下降了,因为高温使气体分子变得更
期刊
空气稀薄,生存环境恶劣,素有“世界屋脊”之称的青藏高原,也许最早征服它的不是我们的直系祖先——现代智人,而是古代的丹尼索瓦人。  大多数研究者认为,人类直到1.2万年前才登上世界屋脊。然而,2018年11月,我国科学家在西藏尼阿底发现了一处旧石器时代的人类遗址。从遗址中发掘出的大量石器表明,人类早在4~3万年前就占领这一地区了。  距今4~3万年前,现代智人已在全球扩散,所以这些石器的主人可能是现
期刊
2019年的这个春节和情人节,中国人能想到的最浪漫的事,就是带上地球去流浪。一部名为《流浪地球》的电影,引燃了中国人久违的科幻热情,人们纷纷涌向电影院,观看这部中国人自己拍摄的科幻大片。  《流浪地球》的故事梗概是:不久的将来,科学家们发现太阳急速衰老膨胀,演化成为红巨星,并将导致地球毁灭。为了自救,人类启动一个名为“流浪地球”的大胆计划,即倾全球之力在地球一侧建造上万座发动机和转向发动机,将地球
期刊
要说到什么是人类最擅长的,答案可能就是制造出更多的人。目前地球上的人口总数已经超过了75亿,但我们的生殖能力可能很快就会受到一种全新的考验。无论是由于人口过剩、环境破坏,还是仅仅为了探索,未来我们都会想前往并定居到太空站或其他行星上。但是考虑到太空是一个微重力、强辐射的环境,在太空中生育可能面臨很多挑战。  那么,太空环境会对人的生育产生何种影响?这些答案基本上还是未知的。事实上,科学家不知道女性
期刊
一千年前,也就是1019年,即便未来有许多未知的事情,但人们依然相信,社会的基本需求不会改变。如果我们生活在1019年的中国,我们会发现,家境贫寒的父母会教导孩子如何种植水稻或纺织丝绸;富有的父母则会聘请先生,教授孩子儒家经典、书法和骑马,父母还会教导他们的女儿成为谦虚顺从的家庭主妇。这样做的原因很明显——世界在接下来的几十年里不会发生太大变化,社会上仍然需要从事这些工作的人。  但目前,人类正面
期刊
日益酸化的海水对盒水母(一种外形像盒子的水母)来说,仿佛喝了开胃酒,它们开始吃得更多了,但它们贪婪的胃口正在毁掉海洋生态系统。  我们排放的二氧化碳,一部分溶解在海里,变成碳酸,使海水酸化,对海洋生态系统造成不可預测的影响。科学家们正在确定哪些物种受到的影响最大。他们特别关注那些在海洋食物链中起关键作用的生物,如果它们剧减,整个海洋生态系统就可能崩溃。  他们发现,桡足类(如水蚤、鱼虱等)就是十分
期刊
说到发光生物,人们首先会想到萤火虫,但除了这种昆虫外,还有许多的生物也能发光,如一些生活在深海的鱼类等。那么发光生物能吃吗?虽然许多发光生物含有带毒性的荧光素,不过长久以来,萤火虫鱿鱼一直是某些国家餐桌上的美味佳肴。  螢火虫鱿鱼一般长为7厘米左右,生活在200~300米的海洋中。整个西太平洋都有它们的身影,特别是日本的富士湾。萤火虫鱿鱼的身上覆盖着数百个生物发光器,在夜晚可以发出独特的蓝光,并因
期刊
我们知道水是万物之源。不管是人类、植物还是动物都离不开水,如果体内水分不足,会造成脱水,严重的甚至会危及生命。  我们也知道海水是咸的,如果人大量饮用海水,非但不能解渴,还会影响人体正常的生理功能。那生活在海洋里的动物怎么办?它们是如何利用海水来维持生命的?  别担心,它们各有奇招来适应这如同沙漠般的咸水环境。比如海龟,它的眼窝后面有排盐的腺体,多余的盐分能通过盐腺排出。还有鲨鱼,它可以通过调节体
期刊
1969年,科幻电视剧《星际旅行》有一集出现有趣的一幕:地球上造了一座飘浮于天空的城市,名叫思隹特斯(Stratus,意为云彩),城里居民优越感十足,瞧不起那些生活在地面上的人。这种偏见可称之为“天空主义”。  外太空殖民的“地面主义”  今天,现实中不少人积极倡导人类应该向外太空殖民,他们可能正受到与虚构的思隹特斯居民所持相反的偏见——“地面主义”的误导。即是说,只有当人类踏上另一个星球坚实的地
期刊