繁衍茂盛的生命,众多物种,世间万物,皆因各自的环境适应能力而生存、繁衍,但在自然界,总有一些特殊的存在,能在人们认为的“不可能”的环境下自由自在地栖息、生存、繁衍。
最近,科学家们在对高温环境下的生物研究时,发现了一些让人叹为观止的自然现象,地球上最耐热的生物--庞贝蠕虫竟然可以在高达700度的高温下漫游。
庞贝蠕虫这个名字听起来似乎并不陌生,但如果让人们将它与高温联系在一起,恐怕绝大多数人还是一头雾水,那么庞贝蠕虫到底是什么生物呢,它是如何在高温下生存起来的呢?
一、高温环境下的生命,存在着多大的挑战呢?
庞贝蠕虫这种高温环境下的生物并不属于传统生物学范畴内,因为在地球上绝大多数生物都不能在高温下生存,随着环境温度的上升,大部分生命体的蛋白质和细胞膜会受到破坏,细胞的正常代谢活动也会受到严重影响。
比如说,在人类常住的空调温室里,如果环境温度突然达到了50度,人类几乎无法在这个环境中维持正常的生命活动,更不用说是一些生活在常年极寒环境下的生物了。
它们的适应性不仅仅体现在生活环境上,甚至还体现在身体构造上,比如说在非洲的撒哈拉沙漠中,生活着一种名为“骆驼”的动物,为了适应这个沙尘滚滚的环墨,它们发展出了长长的睫毛和鼻孔可以阻挡沙尘的小型门帘,还有脚掌上有一层耐砂的保护皮肤。
骆驼并不是唯一的可以适应高温环境的生物,还有一种生物--细菌,虽然它们在肉眼下并不可见,但是却在地球上独自生活了几十亿年。
科学家发现,细菌除了可以在水或者土壤中生活外,还可以在尘埃、雪照、火山喷发、太空中都能生存,其中有一种名为抗氧化细菌,虽然它与牛奶酸菌、发酵菌等微生物一样都是细菌的一种,但是它们有着非常强悍的适应环境的能力。
由于抗氧化细菌在生活环境中会受到高温、缺氧等严峻的挑战,因此会在自己的基因中编码产生一些可以清除自由基、抑制细胞凋亡等与适应高温环境相关的基因。
二、海底火山中的生物,让人类百思不得其解!
尽管在陆地猛烈喷发的火山中,温度极高,熔岩奔腾,留下一片焦土,但是在海底火山的喷发中,也悄悄隐藏着丰富的营养物质和生命。
据统计,在世界各地的海底中,至少有一百多处活跃的火山,而生活在这些海底火山周围的生物,也完全抛开了人们对高温环境下无法生存的传统观念。
在高温温泉周围,生活着许多可以耐受高温的微生物,它们的身体构造比较简单,没有繁杂的细胞器官,而这些微生物正是海底火山中产生矿物质和其他化合物的关键环节。
但是,海底火山周围并不只有常人所想象的喷发,就像人类周围的生态系统一样,这里还有许多生物链。
最近,科学家们在对哈威火山群附近的海底火山进行研究时,偶然间发现了一种长相十分特别的海洋生物--庞贝蠕虫,不过在当时科学家并没有意识到,这个看似与地球上任何生物无关的物种,其实是地球上最耐热的动物之一。
庞贝蠕虫外形独特,身体细长,长达十几厘米,身体表面还长有一些与蛛丝差不多的细毛,用来帮助它在海底环境中寻找食物,而最让人们惊讶的是,科学家在对这些庞贝蠕虫的研究时,竟然发现他们能在高达700度的热水中自由自在地生活、繁殖。
科学家们都很难相信这种看似弱不禁风的庞贝蠕虫,竟然能在高温环境下生存, 究竟有人这些庞贝蠕虫如何能够实现这样的“奇迹”呢?
对此,科学家们进行了大量的实验和研究,最终,他们发现这些庞贝蠕虫可以在高达700度的热水中游动,与其与生辉的特殊身体构造和身体表面的独特毛发关系密切。
这些庞贝蠕虫身体表面的绒毛非常像是蛛丝一般,它们可以将周围环境中的微生物附着在自己的身体上,形成特殊的食物链,这样的适应行为不仅能够帮助它们寻找食物,还可以将它们保护在温暖的环境中。
据科学家介绍,这些庞贝蠕虫通常出现在高达700度的热水中,这种水温对于大部分生物来说,相当于处于一个活生生的“锅子”里,但是它们可以很轻松地在这个环境下完成自己的生长和繁殖,甚至还可以在附近的“温暖平台”享受完全不同的待遇。
科学家们在一组实验中发现,这些庞贝蠕虫通常可以在海底黑烟囱旁边出现,在这样一个环境中,他们可以避开那些高达700度的热水,而黑烟囱旁边的温度却相对温和,它处于300度到400度之间,这样的温度还是对于大部分生物来说,都是一个不小的威胁,但对于它们来说,却是一种“天堂般”的居住环境。
据了解,这种高温的黑烟囱是形成于海底游火山喷发的结果,它的主要构成成分是由一些特殊的矿物质组成,为什么会在黑烟囱周围有如此高温的环境呢?
真是科学家们多年来的一个谜团,经过不断的研究和实验,他们最终发现这一切都离不开古菌的作用。
古菌是一种介于真核生物和细菌之间的微生物,它们的身体非常小,但却有着非常强的抗氧化能力,它的身体构造与大多数生物不同,它们没有细胞核和细胞器官,甚至都没有那些微观生物常见的蛋白、核酸等有机物,而是以纯蛋白质和核酸为主要成分。
它们的这种特殊身体构造使得它们可以在水温高达100-150度的海底水域中自由自在地生活繁殖,甚至还可以在一些水温高达400度的海底高温烟囱附近生活,它们不仅不畏惧这种高温,反而还可以依靠这种高温喷发的岩浆以及周围环境中的一些有机物,完成自己的生活循环。
这种奇特的古菌和它的周边环境对于这些庞贝蠕虫来说到底有什么关系呢?
为了解开这个关键问题,科学家们进行了大量的实验和研究
经过深入的分子生物研究,在人类的生命树上慢慢找出了古菌和庞贝蠕虫之间的关系。
从生物起源的核糖核酸(rRNA)基因上来看,古菌在进化的路径上处于非常特殊的地位,在更加深入的分子水平上进行比较研究,科学家们发现,古菌和大部分真核生物的基因组中,都含有一些特殊的序列,这些序列并不是自己合成的基因,而是通过外源基因的作用才生成,它们是一些古老的基因,这种现象称之为“依附物转移”。
通过这样的分子生物研究,科学家们慢慢的搭建了“生命起源”这样一颗庞大又复杂的生物进化“大树”,它们可以更加清晰地看到古菌和其他微生物之间的亲属关系,更可以逐步了解到,为什么古菌和庞贝蠕虫能够在火山喷发的高温环境中存活繁衍。
不过,科学家在研究过程中还发现了一些有趣的现象,由于古菌生活的地方温度太高,经过一系列的事情,一种特殊的生物--海底烟囱诞生了。
值得一提的是,海底烟囱分两种,一种是在100度到300度之间的白烟囱,而另一种是在300度到400度的黑烟囱。
海底黑烟囱刚被科学家发现时,还一度被视为地球上唯一的高环境,但是随着技术的不断进步,人类又发现了许多类似的生物所生活的“热点”环境。
对于这些高温和高压的环境,对于绝大多数生物来说,都是一个绝对“死亡”的环境,但是对于这些生生不息的生物来说,却是一个适应和茁壮成长的自然环境。
科学家还发现了这些高温生态系统中一个引人注目的现象,那就是海底火山附近的生命系统和地球表面上的生态系统一样,形成了一条独特的生态链。
在这个生态链中,细菌是一个非常重要的“链接”,它们在高温的环境中生长和繁殖,不仅可以合成一些特殊的生物分子,还可以将他们自身的能量和物质转化成其他生物所需的营养和能量。
对于这些处在“隔离”热水和高温烟囱的生物来说,细菌就是他们能在这样艰苦环境中生存的关键,它们通过吃细菌来获取足够的能量和营养,也就为细菌提供了生存繁衍所需要的营养物质。
对于这些特殊的细菌来说,它们并不仅仅是为了满足终极能量的需求,还可以帮助一些生物完成它们自身无法完成的生命过程,比如说,海底爆炸的高温烟囱中,细菌与一种叫做热水水母的细菌中会有一种共生关系,它们可以利用细菌合成的ATP能量来完成自身的生物活动。
足以看出,这种高温和细菌以及其他生物形成的独特生态链,在地球生命早期也取得了非常关键的作用,在这样的高温和特殊环境中,生物通过不断的进化,形成了独特的生命机制,也为地球上生命的多样性做出了不可磨灭的贡献。
三、科学家猜想出庞贝蠕虫高温“穿越”秘密。
虽然科学家在对高温环境下的生命系统的研究中取得了非常丰硕的科研成果,但是对于庞贝蠕虫这个高达700度的生物来说,他们三番五次的尝试还是找不到一个“解开”庞贝蠕虫高温环境下存活的关键。