之所以如此,是因为蠕虫、巨蛤或是贻贝,其消化系统大部分已退化,取而代之的是体内寄生着大量的硫细菌。这些深海生物和硫细菌两者互相相依赖,共同生存。一方面,深海生物为硫细菌提供一个稳定的生活环境,以及合成营养的原料(硫化氢、二氧化碳和氧气);另一方面,硫细菌则通过一连串的化学作用合成营养(碳水化合物)来回报深海生物。这个情况,就好像陆地上植物的叶绿素,进行光合作用合成碳水化合物一样。不同之处,只是高能量的硫化氢取代了阳光。
但是,最令科学家迷惑不解的是,那些深海生物的体内存在着大量硫化氢,却仍能健康生长。硫化氢对生物的毒性并不亚于人们熟悉的氰化物,它能取代氧而和进行呼吸作用的酵素结合,因而能使生物窒息致死。研究人员已查出蠕虫血液时的血红素,它除了有运载氧气作用外,同时对硫化氢亦有极强的吸附力,从而防止硫化氢与进行呼吸作用的酵素结合,直接把硫化氢运往硫细菌寄生的器官中。而巨蛤体内则有一种特别分子去运载硫化氢,消除其毒性。至于其他深海生物的硫化氢“解毒”机制,则仍有待研究。
目前对有关深海火山附近生物的了解,虽然仍未完全,但已引起科学家的联想:在一些拥有高能量物质的环境里,例如含硫化氢和甲烷的沼泽,可能存在着类似的生物。由此看来,随着科学的发展,这个没有阳光的黑暗世界,终有一会展现在人们的眼前。
水母泛滥之谜
水母,对于人们来说,并不是很陌生的。海蜇就是水母的一种,它富有很高的营养价值,为人们所喜爱。还有一种桃花水母,具有粉红色的生殖腺,透明的伞顶在水中沉浮,犹如落水桃花,更是观赏的佳品。
人们对水母的习性也有所了解,由于它伞体和触手上的刺细胞能放出毒素,使鱼类麻痹和僵死,对人类也有所危害,所以早在希腊神话中,把女妖杜莎就叫做“水母”。美杜莎的形象是十分右怕的;头发是一条条缠卷的毒蛇,面孔狰狞、目光尖刻。谁要是一看它,就立刻变成一块石头。
神话毕竟是神话,多少还带有一些神秘和美丽的色彩。然而,就在近几年,在地中海海域居然真的出现了这样的一种危机,这就是水母泛滥成灾。
水母的过剩繁殖为地中海地区的经济和旅游都带来很大的困难。由于有的水母触手秀长,缠住渔网后,阻止丁水流畅通而使渔网冲走;又因为水母身上的刺细胞给鱼群极大的威胁,以致鱼群迁徙,渔业减产。地中海海滨向来又是世界旅游的圣地,每年都有2亿人次的游客来此度假。可是由于水母对人体有所伤害,轻者灼痛,重者心脏麻痹、生命垂危。因此,纷纷败兴而归,岂不凄惨!
水母的种类极其繁多,大的如霞水母伞径可达2米,伸展的触手超过36米,而小的一些海面群落伞径只有几毫米。不同的水母其感觉的方式也不一样,有的靠看角皮形成的透镜来看到,有的长有简陋的眼睛,还有的依靠一种类似于人的内耳功能的平衡器。水母都有一种相同的捕食和自卫的本领,这就是在它的触手上寄生着许多刺细胞。刺细胞内有一个刺丝囊,贮有毒液和盘着一卷刺丝。当受外界刺激时,刺丝囊能翻出来,刺丝象标枪或长鞭一样射出,随之毒液也喷出。它对鱼类或人体的伤害也正是这样一个过程。
专家们对水母的习性和环境进行充分的研究以后,归纳出水母恶性泛滥的三个原因,其一,是由于近代的城市和工业废水的大量排放,造成沿海和海湾水域的富营养化,这些从阴沟里来的渣滓,无疑是这种低等软体动物的很好食粮,它们吃遍四方,自然就大量繁殖。其二,是其天敌的消灭。原来,海龟以水母为食,可是由于工业发展,人们在海洋中大量废弃塑料袋一类的东西。这样,海龟误把透明、漂浮的塑料袋当成水母,而贪婪地吞噬,结果却倒送了性命。这种生态平衡的破坏,也导致水母的泛滥。其三,是由于长时期的海洋反气旋的条件,致使水螅型的珊瑚虫群体形成恐慌,在适应生存的过程中,加速了小水母的产生。
针对上述情况,专家们也纷纷提出一些控制和防范的措施。一种办法是采用抗水母的保护性油脂,如果涂抹在身上,可以不怕水母的攻击,相反还可以同水母一起追逐玩耍。另一种办法是设一些人为的栅栏,或采用消防用的喷管,阻止和吹散水母的聚集群。更为绝妙的是一位澳大利亚专家提出采用抗水母生长的疫苗来有效抑制水母的繁殖,据说在他的实险室已经研制出这种疫苗。
看来,地中海的一场水母之灾是可以避免的了,但是它给大工业的发展、环境污染及生态平衡,又将有什么更深刻的启迪呢?
珍贵的珊瑚资源
1珍贵珊瑚——红珊瑚
过去给皇帝的贡品有红珊瑚,治病入药有红珊瑚,佛教徒顶礼膜拜的佛珠是红珊瑚,清朝二品文官武将的顶戴是红珊瑚。总之,人们认为红珊瑚是个宝,红珊瑚到底是何物?性状如何?人们却知之甚少,长期以讹传讹,再加之神秘的渲染,使人更感到扑朔迷离。
红珊瑚是海洋低等无脊椎动物,属于腔肠动物门、珊瑚虫纲、八爪珊瑚亚纲,软珊瑚目、硬轴珊瑚亚目、红珊瑚科、红珊瑚属的海洋动物。人们见到的红珊瑚是残留的骨骼。(1)红珊瑚的生物学特点红珊瑚生长要求的生境条件,从地中海——大西洋区和太平洋区的调查得知,它们要求有硬底、流急、无沉积物(特别是无陆源性沉积物)、水清、低光照、低温(8~20℃),其中地中海红珊瑚场最适温度是10℃。(2)生长慢、寿命长红珊瑚从幼虫附着后10~12年才性成熟,每年夏季产卵,其浮浪幼虫是负趋光性。由于红珊瑚较其他无脊椎动物长寿,其生长速度慢、成体死亡率低都是必然的趋势。
2竹节珊瑚
竹珊瑚由于其中轴石化,及浅棕色的节与白色节间相隔形成,颇似天然盆景石竹,陈列在客厅,特别富有诗意,我国民间已广泛应用珊瑚礁的形成珊瑚礁或珊瑚岛是珊瑚虫的遗骸经过地质年代的作用积累形成的。
我们把形成珊瑚礁的珊瑚统称为造礁珊瑚。大多数造礁珊瑚是群体生活的,群体中的每个个体都很小,一般直径为1~3毫米,单个个体的结构与海葵相似。它们的骨骼成分均为碳酸钙,由个体的基盘及体柱下端表皮细胞向外分泌钙质,共同构成一个杯状骨骼,杯状骨骼形成时,个体基盘部分分泌钙质形成基板,体柱下端分泌的钙质形成杯槽的四周,群体之间珊瑚与珊瑚杯底相连,杯壁共同拥有,又以出芽的方式繁殖向上生长,一般在相同条件下,块状珊瑚每年增长仅05~2毫米厚度,枝状珊瑚能长10~20厘米,这样无数的小珊瑚虫不断地生长、繁殖,经过许多年就长成了我们看到的一块块、一束束珊瑚的模样。它们再与形成钙质骨骼的其他动植物的尸体,如软体动物、腕足动物、棘皮动物、石灰藻等,一起经过地质年代的堆积作用,才能在海洋中形成礁石、岛屿。
并不是所有的海域都能形成珊瑚岛的。珊瑚的生长发育要求具有严格的生态条件。
首先,温度是影响造礁珊瑚生长的限制性因素,只有海水的年平均温度不低于20℃,珊瑚虫才能造礁,其最适宜的温度范围是22℃~28℃,所以珊瑚礁、珊瑚岛都分布在热带及亚热带海域,我国的西沙群岛、南沙群岛、中沙群岛均为珊瑚所形成的岛屿。
其次,造礁珊瑚要求一定的海域深度,它们主要生活在浅海区,因为在浅海区日光可以很好地穿透、射入海底,有利于珊瑚体内共生藻类的光合作用;风浪、海水的震荡为珊瑚提供了丰富的食物源及充足的氧气,并易于移走代谢产物。
另外造礁珊瑚要求生活在较清洁的海水中,如果过多的陆源物质污染海水,便会抑制珊瑚取食、呼吸等正常生理作用的进行。所以珊瑚礁一定是在热带、亚热带海域,在阳光充足、水质清澈的浅海区形成。
生命从海洋中开始
38亿年前,星际物质猛烈碰撞的时代已经结束了,动荡不安的地球变成了一个蓝色的星球,表面覆盖着蔚蓝色的大海,海面上遍布着岩石裸露的岛屿。在陆地表面和海洋的底部,高密度的黑色玄武岩和富含铁镁有精细花纹的硅酸岩组成了厚厚的地壳,较轻的花岗岩物质分布其上,这些物质是由浅色的,富含钾、钙、钠、铝的硅酸岩组成(这些漂浮在地壳表面的花岗岩“冰山”最终变厚,并形成了地球大陆的核心部分)。天空变明亮了,大气逐渐变薄,气候也慢慢凉下来。但是,陆地和海洋中仍然没有植物和动物的踪影。
地球上的生命是什么时候开始的?是怎样开始的?无论在什么时候这都是最让人感兴趣,引起激烈争论的问题。40亿年前,原始的海洋中是否充满着有机分子呢?如果是的话,那最早的有机物质又来自何方呢?有人认为,有机物质——生命的基本组成物质——是由星际中的行星或彗星带到地球上的。也有人认为,这些物质是在地球原始的海洋中产生的。
但是,不管有机物质来自哪里,生命是在海洋中开始的。
在陆地上已经硬化成为岩石的古老沉积物中,发现了有关生命产生时地球的外貌和最早的有机体的性质的线索。目前,地球上最古老的沉积岩在1971年发现了格陵兰岛的Isua山,年龄约37亿年。Isua山的沉积物质包括一系列由细颗粒组成的岩石和黑色硬化的熔岩,呈奇怪的管状和枕状,好像硬化的牙膏从管中挤出来一样。这些奇形怪状的岩石被称为枕状玄武岩,它们是在熔融的熔岩喷出海面,并被冰冷的海水不断冷却的过程中形成的。在南部非洲巴伯顿绿岩带的岩石中也发现了古老的玄武岩。另外一些岩石的表面上看上去像已经硬化的却又正在冒泡的泥浆池。今天,在地热活跃的地区,如美国的黄石国家公园,缓慢沸腾的泥浆池随处可见。在澳大利亚和加拿大北部,也曾发现一些类似的距今32~40亿年的玄武岩。
但是,最令人吃惊的发现是在南非,地质学家在一种硬化的二氧化硅岩石即燧石中,发现了一种与众不同的、微小的米粒状化石。他们认为,这些化石是曾经生活在热的泥浆中的一种原始细菌的遗迹。最近在深海中的一些发现似乎可以证明,嗜热微生物可能起源于冒着气泡的泥浆池或者是有火山活动的海底地区。
1977年,地质学家在西雅图海岸外的胡安·德富卡海脊的深海热液中发现了一些不同寻常的新的海洋生命。在海平面下2500米以下,巨蚌、居住在管中的蠕虫(多毛虫)、蟹和其他一些奇怪的海洋生物挤聚在从海底裂缝中喷发出来的热水周围。而在这些深海热液的研究中,最令人吃惊的发现是:这里和其他地方所发现的海洋生物,是以化能合成细菌为生的。化能合成是指有机体利用热、水和化学物质如硫化氢,来制造有机物的过程。与此相对,光合作用是指植物利用光能、水和二氧化碳来制造有机物和氧气。地球上的绝大部分生态系统都是利用光合作用来维持生命循环的。深海中以化能合成为基础的繁荣的食物链的发现,使全世界的科学家都震惊了,而且,这一发现也为生命开始于深海底热液活动地区,而不是海洋表面,提供了可能性。现在,我们知道,化能合成细菌可以在深海以及其他不利于生命存在的环境中繁殖,比如黄石国家公园着名的热喷泉和泥浆池及墨西哥湾天然的油气田。但生命起源于何处我们仍不清楚。是否微小的细菌靠着地球在热泉、沸腾的泥浆池或深海热液中产生的热量繁衍起来,并随后迁到浅海来利用太阳巨大的能量呢?
到32亿年前,地球上的环境仍非常不适于生命的存在。炙热的岩浆在海底和陆地上漫流,沸腾的热喷泉随处可见,大气中仍含有相对较多的水蒸气和二氧化碳。但是,简单的单细胞生命已经开始孕育了。
在澳大利亚菲格特里形成的岩石中,地质学家发现了大棒状及圆球状的化石,而这些岩石的年龄为32亿年。这些化石类似于现代的光合细菌和蓝绿藻,现在称为蓝细菌。类似的化石在冈弗林特燧石矿岩石中也有发现,这一燧石矿是20亿年前在安大略省西部苏必利尔湖沿岸沉积形成的。地质学家发现,这里的化石具有奇怪的拱顶状和柱状的分层构造,似乎是生物造成的。但许多年过去了,它们的起源仍是一个谜;在澳大利亚鲨鱼湾的潮汐浅塘中,发现有类似的短粗柱状的蓝细菌群落存在;最近,在巴哈马群岛的浅水潮沟中发现了更大的这种群落。这些原生的给人深刻印象的柱体被称为叠层石,高度或者宽可以生长到几米。形成叠层石的海藻向上生长,形成了致密的纤维质的有机质层,这些有机质层周期性地被沉积物覆盖,有时也会生成像水泥一样的碳酸钙覆盖层。一旦草食性动物发展起来,叠层石只能存在于有潮流、盐度高、周期性干旱或其他可抑制水下生物摄食的环境中。但在这样的水下生物出现之前,叠层石的数量还是很多的。一些种类的年龄超过了30亿年,这进一步证明,浅海中的生命开始出现。
到30亿年前,天空明净起来,地球慢慢变凉,地球表面开始发生细微的变化。虽然火山继续喷发着,但是在广阔的浅水区和沸腾的泥洼里,充满了细菌和原始藻类。潮汐水塘被一层蓝绿色的有生命的粘液覆盖着,叠层石随处可见。在深海的热液活动区细菌也一样繁生。
石灰石沉积和新的光合作用生物继续使大气中的二氧化碳浓度降低,气候更加凉爽了。
大气中的二氧化碳可以吸收地球表面的热辐射。二氧化碳浓度的增高,使吸收的热量增加了,气候变暖了,这一现象称为温室效应。科学家们认为,地球的早期阶段,也进行着类似的过程,只不过是二氧化碳的浓度下降使地球的气候变冷,而不是变暖而已。
地球上最早的生命形式是微小的单细胞生命。随后出现了多细胞生命,这是进化中最有争议性、最神秘的阶段。有机体获得了细胞,而细胞是由一个细胞核和特殊的细胞内结构组成的。多细胞生命是否是由已存在的单细胞生命简单地演化来的?或者根据细胞内结构的共生性,是否可以认为多细胞生命是由简单的单细胞生命和大分子物质结合而成的呢?不管是何种方式,多细胞的海洋生物出现于20~30亿年前。没有人确切知道这是在什么时候发生的,是怎样发生的。来自化石和岩石的证据表明,在多细胞生命的演化过程中,大气中氧气的出现是一个关键的因素。