科學家在南極冰層下意外發現奇怪生物

北京時間2月19日消息,英國南極調查局的研究人員原本只是在南極冰架上鑽取沉積物樣品,卻在無意中發現了一些不應該出現在那里的動物。

科學家在南極冰層下意外發現奇怪生物

在鑽過800米厚的冰層之後,這塊大石頭正好出現在一片相對平坦的海底中央

他們的臨時宿營地點位於菲爾希納-龍尼冰架(Filchner-Ronne Ice Shelf),距離最近的南極科考站要飛行5個小時。盡管現在是南半球的夏天,但英國南極調查局的地質學家詹姆斯·史密斯仍然忍受了近三個月的嚴寒天氣。他睡在帳篷里,以脫水食物為食。在這里,科學研究本身就是一件麻煩事。為了研究這塊浮動冰架的歷史,史密斯及其同事需要穿過厚達800米的冰層,採集下方的海底沉積物。

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為此,史密斯和同事們必須融化20噸雪,產生2萬升的熱水,然後通過管道將熱水泵入一個鑽孔中。他們花了20個小時,一厘米一厘米地融化堅冰,最終穿透了冰架。接下來,他們放下一個採集沉積物的設備,以及一台GoPro相機。然而,採集器最終空手而歸。他們又試了一次,仍然沒有採到樣品。在這里,沒有什麼事情是容易的:採集器每一個來回都需要一個小時。

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當天晚些時候,史密斯在自己的帳篷里觀看了GoPro拍攝的錄像,發現了一個相當明顯的問題。視頻顯示,在914米的藍綠色冰層下,出現了黑暗的海水。攝像機又沿海岸移動了490米,視野中終於出現了海底,上面大部分是淺色的沉積物,正是史密斯所尋找的目標。但也有一些深色的東西。仔細觀察發現,這個深色物體原來是一塊石頭,攝像機砰的一聲擊中了它,鏡頭朝下滾落到沉積物中。在快速調整之後,攝像機開始掃描這塊岩石,發現了一些地質學家們從未想過的東西。事實上,這是一些極不可能在這里出現的事物:生命。

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研究人員對這塊深色的大石頭進行了仔細觀察

史密斯感到非常驚訝:「它只是一塊大石頭,正好在一片相對平坦的海底中央。並不是說海底到處都是這些東西。」因此,對史密斯而言,他只不過是運氣不好,選擇了錯誤的鑽取地點。

盡管不適合採集海底沉積物,但這絕對是一個適合發現生命的地方,盡管科學家認為這樣的環境里不可能存在生命,或者說,發現生命的幾率只有百萬分之一。史密斯的同事、英國南極調查局的生物學家休·格里菲思在英國觀看這段視頻時,注意到岩石上有一層薄膜,很可能是一層細菌,稱為「微生物席」。岩石上還布滿了一縷縷細絲,可能是細菌席的組成部分,也可能是一類名為水螅的奇特動物。

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這塊被史密斯偶然發現的岩石距離最近可見陽光的地方——即最近的大陸架邊緣——大約260公里,那里是冰架的盡頭,也是海洋開始的地方。事實上,最近的可能提供食物來源的地方還在數百公里之外,因為那里才有足夠的陽光為生態系統提供能量,並且已知有水流可為生物提供食物。

當然,這並不是說這塊岩石上就不能出現生命,而是說其所處的位置並不利於生命生存。「這看起來並不是一塊很令人興奮的石頭,如果你不知道它所在位置的話,」格里菲思說道。他作為第一作者在《海洋科學前沿》(Frontiers in Marine Science)雜志上發表了關於一篇該發現的新論文。

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岩石上有一層薄膜,很可能是一層細菌,稱為「微生物席」。岩石上還布滿了一縷縷細絲,可能是細菌席的組成部分,也可能是一類名為水螅的奇特動物。右上圖為海綿

可以肯定的是,這些動物生活在完全黑暗的環境中,許多深海生物也是如此。但是,生活在深海海底的固着動物必須依靠「海洋雪」這類比較穩定的食物來源。「所有在水體中游動的生物總有一天會死,當它們死亡之後,就會沉到海底。隨着屍體沉降並腐爛,其他生物會以它們為食並產生顆粒,這些細小的顆粒甚至會堆積在海底的最深處(順便說一下,鯨死亡並下沉時被稱為「鯨落」)。

在南極洲周圍的大部分水域都十分多產。微小的浮游生物為各種魚類提供食物,而魚類又被海豹等大型海洋哺乳動物捕食。所有這些活動都產生了各種碎屑——以及死去的動物——這些碎屑有朝一日會變成海洋雪,落入深海。

然而,這塊特殊岩石上的南極生物並非生活在生物活動頻繁的水柱下方,而是生活在800米厚的冰層之下。而且它們不能離開岩石去尋找食物。格里菲思說:「在一個食物貧乏且零星出現的地方,最糟糕的事情就是黏附在一個地方。」那麼,這些生物到底是如何獲得食物的呢?

研究人員認為,很有可能海洋雪的沉降過程被翻轉了,從而使食物能夠水平流動,而不是垂直移動。通過查看鑽探地點附近的海流圖,研究人員確定在距離該地點630至1500公里之間的區域具有較高的生產力。盡管數量不多,但仍可能有足夠的有機物質會隨洋流漂流數百公里,為這些生物提供食物。這是一段非同尋常的距離,因為在海洋的最深處,比如在關島附近的挑戰者深淵——馬里亞納海溝的最深處——海面產生的海洋雪必須下降約11公里才能到達海底。而對於南極這塊岩石上的動物,食物要經過133倍於此的距離,而且必須側向漂移。

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加州科學院無脊椎動物和地質學負責人里奇·穆伊表示,考慮到科學家們對南極洲周圍洋流的了解,這樣的情況並非沒有可能。穆伊研究過南極的海洋生物,但沒有參與這項工作。隨着該區域海水的冷卻,其密度也會增加。「這些海水沉到海底,把原來的水體往外推,從南極向外輻射,」穆伊說,「這些水流實際上是地球上許多——如果不是幾乎所有——已知洋流系統的起源。」

當水向外推擠時,就會有某些東西過來填補空隙。「將會有另一些水體流入,取代原有海水,」穆伊補充道,「這些流入的水體甚至會超過數百公里,其中也會攜帶有機物。」對於附着在那塊大石頭上的生命形式而言,這些流入的海水將帶來食物,還可能帶來新的動物,增加岩石上的生命數量。

不過,由於研究人員無法採集標本,因此還無法確定這些海綿和其他生物到底以什麼為食。有些海綿會過濾水中的有機碎屑,另一些則是食肉動物,以小型生物為食。史密森尼學會的海洋生物學家克里斯托弗·馬沒有參與這項研究,他表示:「這可能會成為今年的一個重大新聞:殺手海綿生活在南極洲黑暗寒冷、沒有生命可以存活的角落。」

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格里菲思和他的團隊還不能確定魚類和甲殼類等游泳動物是否也生活在這塊岩石周圍,因為攝像機沒有捕捉到任何這樣的跡象。因此,他們不清楚這些固着的動物是否面臨某種捕食壓力。「它們的食物來源相同嗎?」」格里菲思問道,「或者它們是在從彼此身上獲取營養?還是說,有其他自由活動的動物在為這個群落提供食物?」這些問題可能都要等到下一次考察時才能回答。

岩石周圍的沉積物看起來並不多,意味着這些動物不會有被掩埋的危險。格里菲思表示,這塊岩石的位置十分幸運,「有足夠的食物能夠進來,同時據我們所知也沒有什麼捕食者,它也不會被太多的沉積物掩埋。」在岩石周圍的沉積物中,研究人員還注意到通常由水流形成的波紋,從而支持了食物是從遠處被帶過來的理論。

研究人員同樣不清楚這些固着的動物最初是如何到達那里的。格里菲思說:「這是非常局部的情況嗎,從某塊石頭跳到另一塊石頭上?」或者,這些動物的上一代來自幾百公里外的冰架盡頭——那里是更典型的海洋生態系統的起點——它們釋放的精子和卵子隨洋流游到了這里?

由於沒有標本,格里菲思及其同事也無法確定這些動物的年齡。此前研究顯示,南極的海綿可以存活數千年的時間,因此這可能是一個極為古老的生態系統。也許這塊岩石在很久以前就孕育了生命,但在數千年的時間里,海流也帶來了新的生命。

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研究人員的鑽孔地點位於菲爾希納-龍尼冰架(Filchner-Ronne Ice Shelf),距離最近的南極科考站要飛行5個小時

這塊岩石所代表的生態系統究竟只是一個異常現象,還是在冰層下很常見,目前還不得而知。也許這樣的動物群落在南極洲冰架下方的海底十分常見,因為那里可以為這些生態系統提供巨大的空間:這些漂浮的冰架延伸了145萬平方公里。然而,在之前的鑽探中,科學家只探索了一個網球場大小的區域,因此很有可能它們大量存在,只是我們還沒有找到而已。

不幸的是,我們可能已經沒有多少時間來進行這樣的探索了。這塊岩石被「鎖」在800米厚的冰層下,而在日益變暖的地球上,南極洲的冰架正日益受到威脅。格里菲思說:「這些大冰架有可能在未來坍塌,我們可能會失去一個獨特的生態系統。」(任天)

來源:cnBeta