海洋底生命的生存方式：太平洋胡安·德·富卡洋脊熱液硫化物堆積和正冒著黑煙的海底煙囪

據英國《每日郵報》2012年8月18日的報導，科學家們近日宣稱地球上將近有1/3的生物生活在岩石和沉積物中，這一數字甚至超過了地球表面生物的數量。

美國麻塞諸塞大學阿默斯特分校微生物學家詹姆斯·霍頓(James Holden)和他的同事們在這一方面取得了大的進展。他們首次報告了生活在炙熱的海底火山裂隙中，會排放出甲烷物質的微生物種群的詳細資料。

正如科學家們對生活在地面上的長頸鹿或企鵝的棲息地和生存條件進行考察一樣，霍頓說：“我們首次對這些生活在水下的微生物展開調查，確認它們的生存條件並確定種群間的差異狀況。”他說：“已經有證據顯示在地球的地表之下存在著數量驚人的生物量，它們生活在地殼和海洋沉積物中，它們的數量甚至有可能超過生活在地面上的植物和動物的數量總和。我們對深層岩石中的微生物很感興趣，而研究它們的最好去處便是所謂的深海煙囪。那裏溫暖的海水帶來了豐富的養分和能量，這正是這些微生物所需要的。”

霍頓和合作者們相信，他們的這一研究結果將推進科學家們對於深海中生物化學迴圈狀況的理解。大衛·加里森(David Garrison)是美國國家科學基金會海洋科學分部的專案主管，正是這一機構對霍頓的此項研究計畫提供了資助。加里森表示：“這樣的研究將極大地推進我們對於目前仍然知之甚少的深海微生物情況的瞭解。”

這項研究還將回答其他一些重要的問題，比如地球上大約30億年前的生物新陳代謝過程是如何的？還有，在其他星球上的微生物看上去可能會是什麼樣子？等等。另外，因為這項研究會涉及產甲烷菌，也就是會在新陳代謝過程中排放出這種碳氫化合物的細菌種類。這或許也將對瞭解地球上天然氣的來源有所啟發。

該項研究的一個重要目標便是檢驗預測性電腦模型的正確性，並建立首個針對深海水熱噴管環境中的極端嗜熱生物和產甲烷菌的環境氫含量參考閾值。霍頓說：“電腦模型已經預言了我們最感興趣的岩石環境的可居住性，但是我們需要去現場檢驗這些模型並對其進行進一步的修正。”

在麻塞諸塞大學阿默斯特分校有一個容積為兩升的生物反應器，科學家們用它來控制其中的氫含量水準，在這裏科學家們正在嘗試培育純淨的極端嗜熱產甲烷菌落。他們將從研究地點深海中採集來的菌落樣本和市場上可以買到的相似極端嗜熱產甲烷菌一同進行培育研究。

研究結果顯示兩份微生物的生長參數大致相同。在相同的氫含量水準下，兩者的生長速度大致相同，並且擁有同樣的最小生存必要條件值。霍頓和本校的同事海倫娜·凡·恩克(Helene Ver Eecke)合作，使用這種培育技術，將野外的觀察和實驗室的生長培育相結合起來。

來自科德角海洋生物實驗室的合作研究者朱莉·胡貝(Julie Huber)提供了對這些微生物樣本的分子學分析結果，而華盛頓大學的大衛·巴特菲爾德(David Butterfield)以及馬爾文·利裏(Marvin Lilley)則提供了對樣本進行的地球化學流體分析結果。

借助伍茲霍爾海洋研究所的阿爾文號深潛器，他們對從黑色海底煙囪中湧出的水熱流體進行了取樣，這些流體的溫度高達350攝氏度；他們還對溫度較低地區的洋底裂隙進行了取樣。這些取樣是在阿克塞海底火山(Axial Volcano)和奮進號地塊(Endeavour Segment)進行的，這兩者都是長期以來就被作為觀察研究物件的目標區域，它們都屬於一個海底山鏈的組成部分，這一海底山鏈位於美國華盛頓州和俄勒岡州海岸外大約200英里(約合320公里)。

巴特菲爾德表示：“我們使用特製的採樣工具，對這些熱液的化學和微生物成分方面的測量。這樣做是為了讓我們理解這裏發生的生物和化學機制，正是這些機制造就了這裏的生物群落結構，還有它們的生長速率。”

隨著科學家們逐漸瞭解這些產甲烷菌是如何生活的，他們還收穫了更多的驚喜：作為氫含量水準較低環境的奮進號地塊，科學家們在此發現了一些極端嗜熱產甲烷微生物，它們會食用其他嗜熱微生物排出的富氫廢棄物過活。霍頓表示：“這真是讓人興奮，我們剛剛發現了一個產甲烷菌構成的生態系統，其中包括一種存在於微生物之間的共生關係。”

         

在奮進號地塊，阿爾文號深潛器伸出機械臂對高溫的深海煙囪物質進行取樣

這是透過阿爾文號深潛器的舷窗看到了一個位於阿克塞海底火山地區的水熱噴口