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“蛟龙号”在大洋深处看见了什么

2017年08月06日 07:30   来源:光明日报   杨舒

  6月11日,“蛟龙号”完成2013年开展试验性应用航次以来的第100潜。新华社记者 刘诗平摄

  国家海洋局展示的深海生物标本。图为绵鲋。本报记者 杨舒摄/光明图片

国家海洋局展示的深海生物标本。图为管栖蠕虫。本报记者 杨舒摄/光明图片

  深海将不断刷新人类对生物多样性的研究认知

  拳头大小的海螺外壳上密布着绿色的茸毛、寸把长的小虾身上找不到眼睛、餐盘大小的海胆却没有刺,看起来像个扁平的盘子、两根像塑料管子一样的虫子却有着200多岁的寿命……这不是科幻小说里想象的奇景,而是日前记者在国家海洋局新闻发布会上看到的真实生物标本。与人们熟知的海洋生物近似却又不同,他们正是过去15年中我国科学家在全球大洋千米之下的深海中发现的奇异生物,其中50%以上来自“蛟龙号”载人潜水器的探索。

  曾多次驾驶“蛟龙号”探秘深海的潜航员唐嘉陵慨叹:“深海世界生长着千奇百怪的生物,比如说常见的海参,印象当中是黑色,带一点刺,但是我们在海洋里面见过的,有粉红色的,有紫色的,还有白色的和透明的。而长尾海参能达到一米……在深海,我们才是‘外来生物’。”

  众所周知,在千米以下的深海之中没有光线,生物无法进行光合作用,且十分寒冷,一般温度只有1℃~2℃。据推算,水深每增加10米,水压就会增大1个大气压。在水深4000米的海底,一个成年人身上要承受上百吨的压力。而在某些特殊区域,如海底热液区的“黑烟囱”,喷发出的热液温度高达400℃,同时还含有对动物有毒的多种重金属与硫化氢等成分。这样的环境,怎会有生物生存?

  “‘海洋600米以下就是无动物区’——在20世纪60年代,这是国际公认的观点。后来人类才知道,自己的认识多么有限。”国家海洋局副局长孙书贤感叹。

  1977年,美国“阿尔文号”深潜器潜入加拉巴戈斯群岛深海,在那里的深海热液区发现了丰富的生物,颠覆了人类的认知。后来多年的探索显示,在深海极端的环境下,生物在适应环境中独立进化,已发现的如盲虾、管状蠕虫等生物新种就已超过600个。同时,热液区的一些微生物种群以剧毒硫化物等化合物为能量来源,有着独特的生命机制。

  “这里被看作是研究生命起源和演化的极佳场所。”国家海洋局第三研究所研究员邵宗泽介绍,“最早的生命怎么来的?又是如何演化的?这是地球科学、生命科学等领域十分关注的问题。如果能找到一个地球形成初期就已存在或者与之相似的环境就可能获得相关的线索,深海热液喷口正是这样一个环境。‘蛟龙号’等调查手段的进步,让中国科学家开始涉足这一国际前沿,过去15年,国内已发表深海微生物多样性与微生物资源相关的SCI论文500多篇。但要描绘深海生命起源与演化的过程,还有很长的路要走。”

  深海有很多动物新种等待被描述。“人类目前发现的大洋生物有23万至26万种,但国际上科学家预估的大洋生物有200多万种,深海将不断刷新人类对生物多样性的研究认知。”邵宗泽表示。

  深海微生物资源蕴含基因宝库

  “深海极端的环境造就了生物独特的基因,这些基因功能可帮助深海生物耐高温或耐低温,有的则耐高压、耐剧毒。因此,大洋深处也是一个天然的基因资源库,将成为国家的战略资源。”孙书贤说。

  “能够开发利用的才叫资源,像热液盲虾、贻贝等深海大生物,本着保护生物多样性的原则,它们本身一般不被称为资源。”邵宗泽介绍。目前调查研究的深海生物资源主要指的是深海微生物资源,包括细菌、真菌、古菌等。营养贫乏的深海环境造就了寡营养的海洋微生物,它们以精简的基因组和特殊的代谢机制适应了极端的环境。随着基因组测序等新技术的迅速发展,这些深海微生物以及深海动物所蕴含的特殊基因成了生命科学研究的宝库。

  深海水体、海底沉积物、深海动物体内等都含有各种各样的深海微生物。“科学家对它们的了解还不多,对它们生命机制的认识也比较肤浅;在基因资源的开发利用方面更是片鳞只甲。但是,深海基因资源已经成为国际社会关注的热点。”邵宗泽说。

  发达国家在深海极端微生物研究与资源开发方面起步早,在2000年之前远远领先于我国。“然而,经过十几年的发展,我国深海生物资源探测与保藏取得‘后发先至’的显著成效,彻底改变了中国在国际海底基因资源研发领域的状况。”孙书贤介绍,多年的深海探索使我国已获得大量深海微生物资源,分离了近10000株微生物,依托国家海洋局第三研究所建立了第一个深海菌种库,目前库藏海洋微生物2.2万株,涵盖3400多个种,达到国际领先水平;并完成了100多个海洋微生物新物种分类与系统进化研究,使我国成为深海微生物新物种发现与分类的重要力量,同时构建了国内第一个深海微生物代谢物库与信息库。

  一个新物种或将带动一个产业

  除了科学研究的高度价值,对产业开发的现实需求,深海生物资源同样蕴藏着巨大的应用开发潜力。

  一些微生物代谢物具有抗病毒甚至抗肿瘤活性。邵宗泽介绍,我国科学家从深海微生物发酵提取物中发现了具有抗流感病毒的活性新结构化合物,已获得发明专利并将进入成药性评价。同时,科研人员在深海细菌中发现了两种全新抗菌肽,其中含有罕见氨基酸,并具有显著的抗肿瘤活性,“从中可以看到从深海极端环境微生物中发现全新抗癌小分子的巨大研究潜力”。

  深海微生物资源还为石油降解、环境修复等开启了新路。据了解,在石油污染环境修复技术中,微生物修复法成本低,对环境影响小。我国科研人员对海洋微生物进行富集、初筛、复筛,最终筛选出的石油高效降解菌株,能有效治理石油污染。2015年12月到2017年6月,已成功应用于厦门观音山海域石油污染沙滩的生物修复工程。而海底热液区的“吃硫”微生物可用于生物冶金技术等,这些微生物更耐受高温和高压、耐重金属。

  对于农业生产和水产养殖,深海微生物制剂可降低化学农药与抗生素的使用量,健康安全,又可提高产量。目前已开发出的多款微生态制剂如海藻寡糖产品等,包括果蔬保鲜剂、生物肥料、益生菌剂等,已在全国多地测试、应用。

  邵宗泽透露,目前,我国已经完成4000多株微生物资源在海洋药物、生物农药、环境保护、生物技术、工业酶应用等方面的潜力评估,申请国际国内发明专利200多项。“一株菌、一个化合物、一个酶或许就能形成一个产业,可见深海生物资源的潜力”。

  “全球1000米以深的海域占地球表面60%以上,但我们对深海的探索还仅仅只有5%,仍处在‘进入深海’的阶段,还有95%的海洋不为人知。”孙书贤说,“然而从目前的探索成果来看,深海蕴含着一个巨大的生物资源库,未来可能会对人类的生产生活产生极大的影响,这将不断给人类带来惊喜,等待着我们的探索、开发和利用。”

  (本报记者 杨舒)

(责任编辑:秦爽)