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從海洋深部提取生命信息
日期：2025-05-15 04:58
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摘要：海底熱液活動的發(fā)現(xiàn)，是在地學(xué)領(lǐng)域中繼板塊構(gòu)造理論確立之后的又一**性事件。作為有機世界與無機世界的結(jié)合點，海底熱液系統(tǒng)與極端生命現(xiàn)象是研究地圈、生物圈、水圈等各圈層相互作用以及地球科學(xué)的**對象，已引起國際科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
與海底熱液系統(tǒng)和極端生命現(xiàn)象有關(guān)的研究工作涉及面很廣，屬多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域。我國在這方面剛剛起步，面臨著重要的發(fā)展機遇。６月２９日至７月１日，國內(nèi)外相關(guān)專家匯聚南京大學(xué)，召開了以“海底熱液作用與極端生態(tài)系統(tǒng)”為主題的第２３１次香山科學(xué)會議，旨在通過跨學(xué)科的學(xué)術(shù)交...
海底熱液活動的發(fā)現(xiàn)，是在地學(xué)領(lǐng)域中繼板塊構(gòu)造理論確立之后的又一**性事件。作為有機世界與無機世界的結(jié)合點，海底熱液系統(tǒng)與極端生命現(xiàn)象是研究地圈、生物圈、水圈等各圈層相互作用以及地球科學(xué)的**對象，已引起國際科學(xué)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。
與海底熱液系統(tǒng)和極端生命現(xiàn)象有關(guān)的研究工作涉及面很廣，屬多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域。我國在這方面剛剛起步，面臨著重要的發(fā)展機遇。６月２９日至７月１日，國內(nèi)外相關(guān)專家匯聚南京大學(xué)，召開了以“海底熱液作用與極端生態(tài)系統(tǒng)”為主題的第２３１次香山科學(xué)會議，旨在通過跨學(xué)科的學(xué)術(shù)交流，推動我國在該領(lǐng)域研究工作的開展。同濟大學(xué)汪品先院士、南京大學(xué)蔣少涌教授、浙江大學(xué)陳鷹教授應(yīng)邀擔(dān)任本次會議的執(zhí)行主席。
地球科學(xué)與生命科學(xué)聯(lián)姻
科學(xué)家認為，地球科學(xué)的一大難點，在于表層系統(tǒng)與深部系統(tǒng)的結(jié)合。由于深部圈層難以直接觀測，變化速度也比表層系統(tǒng)低得多，兩者之間的關(guān)系很難研究。深海熱液作用，正是反映表層與深部之間關(guān)系的窗口。
２０世紀(jì)７０年代末在東太平洋深海熱液口發(fā)現(xiàn)的熱液生物群，表明地球上還存在著依靠地球內(nèi)源能量的“黑暗食物鏈”。大洋鉆探結(jié)果又發(fā)現(xiàn)在數(shù)千米深海海底下面數(shù)百米的深處，還有微生物在地層的極端條件下生存。因此在地學(xué)和生命科學(xué)之間出現(xiàn)了新的交叉層面，即分子生物學(xué)和生物地球化學(xué)層面上的交叉。
與會專家認識到，研究生命的起源，海底熱液和極端環(huán)境是一個很好的研究對象。從研究海底熱液的重要性來講，包括兩個方面：一是對生命科學(xué)的進化起著將今論古，提供科學(xué)線索的重要作用，即生命是如何演化的？生命在什么情況下能夠適應(yīng)？另一方面，生命的存在和地質(zhì)背景是分不開的，地質(zhì)環(huán)境對生物在什么樣的環(huán)境下如何生存具有主導(dǎo)作用。因此，研究海底熱液現(xiàn)象可能成為研究生命起源的一個潛在的突破口。
盤點我國的成就
專家們介紹說，早在２０世紀(jì)８０年代，我國就通過國際合作等多種途徑開始了現(xiàn)代海底熱液活動的研究工作。在２００３年底，科學(xué)家橫跨太平洋，在東太平洋海隆完成了在該區(qū)域的**海底熱液硫化物調(diào)查工作。明年是鄭和下西洋６００周年紀(jì)念，大洋協(xié)會將組織**環(huán)球大洋科考航次，對全球各大洋海底的熱液活動和礦產(chǎn)資源開展調(diào)查和研究工作。這一活動，有望使我國的海底熱液活動與極端環(huán)境下的生物研究提高到一個新的水平。
盡管我國對現(xiàn)代海底熱液活動與硫化物礦化的研究工作剛剛起步，但在古代海底熱液塊狀硫化物礦床的研究中已經(jīng)取得了顯著成就。南京大學(xué)、北京大學(xué)等單位分別對華南和華北的塊狀硫化物礦床進行了深入研究，提出了“華南型”塊狀硫化物礦床的成礦模型，發(fā)現(xiàn)了華北古海底硫化物黑煙囪。
令人振奮的是，我國的深海熱液科學(xué)研究因長期受困于支撐技術(shù)體系的薄弱問題也得到了改善。近年來，我國科技工作者獨立自主地研發(fā)了一系列相關(guān)的技術(shù)裝備，現(xiàn)可用于熱液活動研究的裝備有：３５００米ＲＯＶ、化學(xué)傳感器系統(tǒng)、沉積物保真采樣器、ＣＴＤ、深海攝像、電視抓斗、淺層巖芯取樣機等。已經(jīng)研究成功正在進行海上試驗的有懸浮生物采樣器、模擬熱液極端環(huán)境的微生物培養(yǎng)系統(tǒng)、熱液樣品氣液分離系統(tǒng)、熱液快速分析系統(tǒng)等；此外，７０００米載人深潛器及相關(guān)配套的作業(yè)系統(tǒng)也在緊鑼密鼓地研發(fā)之中。
來自國際的信息
來自美國的丁抗博士介紹了國外研究的*新動態(tài)。從１９７７年人類**次在太平洋底發(fā)現(xiàn)了熱液活動后到２０世紀(jì)９０年代，國外的專家學(xué)者已完成了觀念上的**，生物學(xué)與地質(zhì)學(xué)的學(xué)科交叉研究工作不斷受到重視。
在大洋鉆探航次中，生物學(xué)家開始與地質(zhì)學(xué)家并肩戰(zhàn)斗。因為人們已經(jīng)意識到，地球上自然界的事情本來就是聯(lián)在一起的，包括美國的老百姓都十分關(guān)注的深海研究進展，尤其是如生命是如何在深海黑煙囪中起源的這樣一些重大科學(xué)問題。美國正在實施的“２０００洋中脊熱液計劃”將持續(xù)１０年，就是聯(lián)合了地學(xué)和生物學(xué)的專家，共同研究探討地球上這些系統(tǒng)為什么會連在一起？火山爆發(fā)和海底熱液活動為什么會形成生命？
觀念上的變革，帶來了工程能力上的突破。作為人的丁抗自１９９８年至今已有１０次潛到海底幾千米的熱液噴口工作的經(jīng)歷，實現(xiàn)了他多年的夢想。他有幸看到了沸騰、洶涌澎湃的熱液，看到了熱液噴口上稀奇古怪的生命，并且成為國際上**個能夠?qū)嵋涸诟邷貭顟B(tài)下直接進行化學(xué)探測的人。當(dāng)他們在海底做這些工作時，通過衛(wèi)星傳播，美國的老百姓從網(wǎng)上可直接看到他們的研究成果，顯示了美國現(xiàn)在做科學(xué)的方法也與傳統(tǒng)的方法不一樣。不僅如此，他們還將在海底建觀測站進行自動監(jiān)測。
張傳倫博士所作的“墨西哥灣的天然氣水合物與海底深部生物圈”報告引起了與會者的興趣。天然氣水合物作為一種新型能源，儲量巨大。從目前的情況看，能夠開采的油氣加上煤等的能源總量遠不如海底天然氣水合物的儲量大。天然氣水合物在世界各海域分布非常廣，各個國家都盡力想辦法在勘探、研究、并試圖開采利用這個資源。特別是日本，投資的力度是世界*大的，花的勁也是*大的，目的就是想辦法把海底的天然氣水合物能提出來，作為工業(yè)能源。近幾年我國也開展了南海的天然氣水合物的勘查工作并取得了一些可喜成果。
我們該如何辦
由于陸地空間和資源的限制，海洋將是人類下一個大規(guī)模進軍的目標(biāo)，因此加快海洋研究工作的步伐已刻不容緩。通過交流，與會專家認識到與國外同行的差距，其原因在于思維方式、科研體制以及國家投資不足。
中科院廣州地球化學(xué)研究所研究員周懷陽告訴記者，面對我國正面臨的發(fā)展機遇，我們應(yīng)當(dāng)非常自信地面對落后并迎頭趕上。南京大學(xué)蔣少涌教授認為，一方面，國家應(yīng)當(dāng)加大對這一研究領(lǐng)域的投資力度，同時我們應(yīng)特別重視我國深海研究科研團隊的建設(shè)，應(yīng)大力培養(yǎng)青年人才。
同濟大學(xué)的汪品先院士指出，地球科學(xué)界與生命科學(xué)界之間，必須加強學(xué)科交叉和聯(lián)合攻關(guān)，加快思維方式與觀察手段的更新，其中*為值得注意的是海底觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。海洋科學(xué)的“瓶頸”在于觀測，由于我國和國外在深海研究方面的差距還在擴大，必須引起國家有關(guān)部門的高度重視。他介紹說，在陸地巖石礦床的研究、大陸深鉆的工作等方面有著明顯的優(yōu)勢，也應(yīng)該有能力做好深海的研究工作。他建議我國在規(guī)劃中長期基礎(chǔ)研究時應(yīng)該有深海研究計劃，同時要有一個國家層面上的深海研究的協(xié)調(diào)機制并能采取強有力的措施，組織多方面力量，在地球科學(xué)與生命科學(xué)的新結(jié)合點上，投入到科學(xué)前沿的國際競爭中。
與海底熱液系統(tǒng)和極端生命現(xiàn)象有關(guān)的研究工作涉及面很廣，屬多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域。我國在這方面剛剛起步，面臨著重要的發(fā)展機遇。６月２９日至７月１日，國內(nèi)外相關(guān)專家匯聚南京大學(xué)，召開了以“海底熱液作用與極端生態(tài)系統(tǒng)”為主題的第２３１次香山科學(xué)會議，旨在通過跨學(xué)科的學(xué)術(shù)交流，推動我國在該領(lǐng)域研究工作的開展。同濟大學(xué)汪品先院士、南京大學(xué)蔣少涌教授、浙江大學(xué)陳鷹教授應(yīng)邀擔(dān)任本次會議的執(zhí)行主席。
地球科學(xué)與生命科學(xué)聯(lián)姻
科學(xué)家認為，地球科學(xué)的一大難點，在于表層系統(tǒng)與深部系統(tǒng)的結(jié)合。由于深部圈層難以直接觀測，變化速度也比表層系統(tǒng)低得多，兩者之間的關(guān)系很難研究。深海熱液作用，正是反映表層與深部之間關(guān)系的窗口。
２０世紀(jì)７０年代末在東太平洋深海熱液口發(fā)現(xiàn)的熱液生物群，表明地球上還存在著依靠地球內(nèi)源能量的“黑暗食物鏈”。大洋鉆探結(jié)果又發(fā)現(xiàn)在數(shù)千米深海海底下面數(shù)百米的深處，還有微生物在地層的極端條件下生存。因此在地學(xué)和生命科學(xué)之間出現(xiàn)了新的交叉層面，即分子生物學(xué)和生物地球化學(xué)層面上的交叉。
與會專家認識到，研究生命的起源，海底熱液和極端環(huán)境是一個很好的研究對象。從研究海底熱液的重要性來講，包括兩個方面：一是對生命科學(xué)的進化起著將今論古，提供科學(xué)線索的重要作用，即生命是如何演化的？生命在什么情況下能夠適應(yīng)？另一方面，生命的存在和地質(zhì)背景是分不開的，地質(zhì)環(huán)境對生物在什么樣的環(huán)境下如何生存具有主導(dǎo)作用。因此，研究海底熱液現(xiàn)象可能成為研究生命起源的一個潛在的突破口。
盤點我國的成就
專家們介紹說，早在２０世紀(jì)８０年代，我國就通過國際合作等多種途徑開始了現(xiàn)代海底熱液活動的研究工作。在２００３年底，科學(xué)家橫跨太平洋，在東太平洋海隆完成了在該區(qū)域的**海底熱液硫化物調(diào)查工作。明年是鄭和下西洋６００周年紀(jì)念，大洋協(xié)會將組織**環(huán)球大洋科考航次，對全球各大洋海底的熱液活動和礦產(chǎn)資源開展調(diào)查和研究工作。這一活動，有望使我國的海底熱液活動與極端環(huán)境下的生物研究提高到一個新的水平。
盡管我國對現(xiàn)代海底熱液活動與硫化物礦化的研究工作剛剛起步，但在古代海底熱液塊狀硫化物礦床的研究中已經(jīng)取得了顯著成就。南京大學(xué)、北京大學(xué)等單位分別對華南和華北的塊狀硫化物礦床進行了深入研究，提出了“華南型”塊狀硫化物礦床的成礦模型，發(fā)現(xiàn)了華北古海底硫化物黑煙囪。
令人振奮的是，我國的深海熱液科學(xué)研究因長期受困于支撐技術(shù)體系的薄弱問題也得到了改善。近年來，我國科技工作者獨立自主地研發(fā)了一系列相關(guān)的技術(shù)裝備，現(xiàn)可用于熱液活動研究的裝備有：３５００米ＲＯＶ、化學(xué)傳感器系統(tǒng)、沉積物保真采樣器、ＣＴＤ、深海攝像、電視抓斗、淺層巖芯取樣機等。已經(jīng)研究成功正在進行海上試驗的有懸浮生物采樣器、模擬熱液極端環(huán)境的微生物培養(yǎng)系統(tǒng)、熱液樣品氣液分離系統(tǒng)、熱液快速分析系統(tǒng)等；此外，７０００米載人深潛器及相關(guān)配套的作業(yè)系統(tǒng)也在緊鑼密鼓地研發(fā)之中。
來自國際的信息
來自美國的丁抗博士介紹了國外研究的*新動態(tài)。從１９７７年人類**次在太平洋底發(fā)現(xiàn)了熱液活動后到２０世紀(jì)９０年代，國外的專家學(xué)者已完成了觀念上的**，生物學(xué)與地質(zhì)學(xué)的學(xué)科交叉研究工作不斷受到重視。
在大洋鉆探航次中，生物學(xué)家開始與地質(zhì)學(xué)家并肩戰(zhàn)斗。因為人們已經(jīng)意識到，地球上自然界的事情本來就是聯(lián)在一起的，包括美國的老百姓都十分關(guān)注的深海研究進展，尤其是如生命是如何在深海黑煙囪中起源的這樣一些重大科學(xué)問題。美國正在實施的“２０００洋中脊熱液計劃”將持續(xù)１０年，就是聯(lián)合了地學(xué)和生物學(xué)的專家，共同研究探討地球上這些系統(tǒng)為什么會連在一起？火山爆發(fā)和海底熱液活動為什么會形成生命？
觀念上的變革，帶來了工程能力上的突破。作為人的丁抗自１９９８年至今已有１０次潛到海底幾千米的熱液噴口工作的經(jīng)歷，實現(xiàn)了他多年的夢想。他有幸看到了沸騰、洶涌澎湃的熱液，看到了熱液噴口上稀奇古怪的生命，并且成為國際上**個能夠?qū)嵋涸诟邷貭顟B(tài)下直接進行化學(xué)探測的人。當(dāng)他們在海底做這些工作時，通過衛(wèi)星傳播，美國的老百姓從網(wǎng)上可直接看到他們的研究成果，顯示了美國現(xiàn)在做科學(xué)的方法也與傳統(tǒng)的方法不一樣。不僅如此，他們還將在海底建觀測站進行自動監(jiān)測。
張傳倫博士所作的“墨西哥灣的天然氣水合物與海底深部生物圈”報告引起了與會者的興趣。天然氣水合物作為一種新型能源，儲量巨大。從目前的情況看，能夠開采的油氣加上煤等的能源總量遠不如海底天然氣水合物的儲量大。天然氣水合物在世界各海域分布非常廣，各個國家都盡力想辦法在勘探、研究、并試圖開采利用這個資源。特別是日本，投資的力度是世界*大的，花的勁也是*大的，目的就是想辦法把海底的天然氣水合物能提出來，作為工業(yè)能源。近幾年我國也開展了南海的天然氣水合物的勘查工作并取得了一些可喜成果。
我們該如何辦
由于陸地空間和資源的限制，海洋將是人類下一個大規(guī)模進軍的目標(biāo)，因此加快海洋研究工作的步伐已刻不容緩。通過交流，與會專家認識到與國外同行的差距，其原因在于思維方式、科研體制以及國家投資不足。
中科院廣州地球化學(xué)研究所研究員周懷陽告訴記者，面對我國正面臨的發(fā)展機遇，我們應(yīng)當(dāng)非常自信地面對落后并迎頭趕上。南京大學(xué)蔣少涌教授認為，一方面，國家應(yīng)當(dāng)加大對這一研究領(lǐng)域的投資力度，同時我們應(yīng)特別重視我國深海研究科研團隊的建設(shè)，應(yīng)大力培養(yǎng)青年人才。
同濟大學(xué)的汪品先院士指出，地球科學(xué)界與生命科學(xué)界之間，必須加強學(xué)科交叉和聯(lián)合攻關(guān)，加快思維方式與觀察手段的更新，其中*為值得注意的是海底觀測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。海洋科學(xué)的“瓶頸”在于觀測，由于我國和國外在深海研究方面的差距還在擴大，必須引起國家有關(guān)部門的高度重視。他介紹說，在陸地巖石礦床的研究、大陸深鉆的工作等方面有著明顯的優(yōu)勢，也應(yīng)該有能力做好深海的研究工作。他建議我國在規(guī)劃中長期基礎(chǔ)研究時應(yīng)該有深海研究計劃，同時要有一個國家層面上的深海研究的協(xié)調(diào)機制并能采取強有力的措施，組織多方面力量，在地球科學(xué)與生命科學(xué)的新結(jié)合點上，投入到科學(xué)前沿的國際競爭中。
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