6月11日，“蛟龍?zhí)枴蓖瓿?013年開(kāi)展試驗(yàn)性應(yīng)用航次以來(lái)的第100潛。新華社記者 劉詩(shī)平攝
國(guó)家海洋局展示的深海生物標(biāo)本。圖為綿鮒。本報(bào)記者 楊舒攝/光明圖片
國(guó)家海洋局展示的深海生物標(biāo)本。圖為管棲蠕蟲(chóng)。本報(bào)記者 楊舒攝/光明圖片
深海將不斷刷新人類對(duì)生物多樣性的研究認(rèn)知
拳頭大小的海螺外殼上密布著綠色的茸毛、寸把長(zhǎng)的小蝦身上找不到眼睛、餐盤(pán)大小的海膽卻沒(méi)有刺，看起來(lái)像個(gè)扁平的盤(pán)子、兩根像塑料管子一樣的蟲(chóng)子卻有著200多歲的壽命……這不是科幻小說(shuō)里想象的奇景，而是日前記者在國(guó)家海洋局新聞發(fā)布會(huì)上看到的真實(shí)生物標(biāo)本。與人們熟知的海洋生物近似卻又不同，他們正是過(guò)去15年中我國(guó)科學(xué)家在全球大洋千米之下的深海中發(fā)現(xiàn)的奇異生物，其中50%以上來(lái)自“蛟龍?zhí)枴陛d人潛水器的探索。
曾多次駕駛“蛟龍?zhí)枴碧矫厣詈５臐摵絾T唐嘉陵慨嘆：“深海世界生長(zhǎng)著千奇百怪的生物，比如說(shuō)常見(jiàn)的海參，印象當(dāng)中是黑色，帶一點(diǎn)刺，但是我們?cè)诤Ｑ罄锩嬉?jiàn)過(guò)的，有粉紅色的，有紫色的，還有白色的和透明的。而長(zhǎng)尾海參能達(dá)到一米……在深海，我們才是‘外來(lái)生物’。”
眾所周知，在千米以下的深海之中沒(méi)有光線，生物無(wú)法進(jìn)行光合作用，且十分寒冷，一般溫度只有1℃~2℃。據(jù)推算，水深每增加10米，水壓就會(huì)增大1個(gè)大氣壓。在水深4000米的海底，一個(gè)成年人身上要承受上百噸的壓力。而在某些特殊區(qū)域，如海底熱液區(qū)的“黑煙囪”，噴發(fā)出的熱液溫度高達(dá)400℃，同時(shí)還含有對(duì)動(dòng)物有毒的多種重金屬與硫化氫等成分。這樣的環(huán)境，怎會(huì)有生物生存？
“‘海洋600米以下就是無(wú)動(dòng)物區(qū)’——在20世紀(jì)60年代，這是國(guó)際公認(rèn)的觀點(diǎn)。后來(lái)人類才知道，自己的認(rèn)識(shí)多么有限。”國(guó)家海洋局副局長(zhǎng)孫書(shū)賢感嘆。
1977年，美國(guó)“阿爾文號(hào)”深潛器潛入加拉巴戈斯群島深海，在那里的深海熱液區(qū)發(fā)現(xiàn)了豐富的生物，顛覆了人類的認(rèn)知。后來(lái)多年的探索顯示，在深海極端的環(huán)境下，生物在適應(yīng)環(huán)境中獨(dú)立進(jìn)化，已發(fā)現(xiàn)的如盲蝦、管狀蠕蟲(chóng)等生物新種就已超過(guò)600個(gè)。同時(shí)，熱液區(qū)的一些微生物種群以劇毒硫化物等化合物為能量來(lái)源，有著獨(dú)特的生命機(jī)制。
“這里被看作是研究生命起源和演化的極佳場(chǎng)所。”國(guó)家海洋局第三研究所研究員邵宗澤介紹，“最早的生命怎么來(lái)的？又是如何演化的？這是地球科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域十分關(guān)注的問(wèn)題。如果能找到一個(gè)地球形成初期就已存在或者與之相似的環(huán)境就可能獲得相關(guān)的線索，深海熱液噴口正是這樣一個(gè)環(huán)境。‘蛟龍?zhí)枴日{(diào)查手段的進(jìn)步，讓中國(guó)科學(xué)家開(kāi)始涉足這一國(guó)際前沿，過(guò)去15年，國(guó)內(nèi)已發(fā)表深海微生物多樣性與微生物資源相關(guān)的SCI論文500多篇。但要描繪深海生命起源與演化的過(guò)程，還有很長(zhǎng)的路要走。”
深海有很多動(dòng)物新種等待被描述。“人類目前發(fā)現(xiàn)的大洋生物有23萬(wàn)至26萬(wàn)種，但國(guó)際上科學(xué)家預(yù)估的大洋生物有200多萬(wàn)種，深海將不斷刷新人類對(duì)生物多樣性的研究認(rèn)知。”邵宗澤表示。
深海微生物資源蘊(yùn)含基因?qū)殠?kù)
“深海極端的環(huán)境造就了生物獨(dú)特的基因，這些基因功能可幫助深海生物耐高溫或耐低溫，有的則耐高壓、耐劇毒。因此，大洋深處也是一個(gè)天然的基因資源庫(kù)，將成為國(guó)家的戰(zhàn)略資源。”孫書(shū)賢說(shuō)。
“能夠開(kāi)發(fā)利用的才叫資源，像熱液盲蝦、貽貝等深海大生物，本著保護(hù)生物多樣性的原則，它們本身一般不被稱為資源。”邵宗澤介紹。目前調(diào)查研究的深海生物資源主要指的是深海微生物資源，包括細(xì)菌、真菌、古菌等。營(yíng)養(yǎng)貧乏的深海環(huán)境造就了寡營(yíng)養(yǎng)的海洋微生物，它們以精簡(jiǎn)的基因組和特殊的代謝機(jī)制適應(yīng)了極端的環(huán)境。隨著基因組測(cè)序等新技術(shù)的迅速發(fā)展，這些深海微生物以及深海動(dòng)物所蘊(yùn)含的特殊基因成了生命科學(xué)研究的寶庫(kù)。
深海水體、海底沉積物、深海動(dòng)物體內(nèi)等都含有各種各樣的深海微生物。“科學(xué)家對(duì)它們的了解還不多，對(duì)它們生命機(jī)制的認(rèn)識(shí)也比較膚淺；在基因資源的開(kāi)發(fā)利用方面更是片鱗只甲。但是，深海基因資源已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。”邵宗澤說(shuō)。
發(fā)達(dá)國(guó)家在深海極端微生物研究與資源開(kāi)發(fā)方面起步早，在2000年之前遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于我國(guó)。“然而，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，我國(guó)深海生物資源探測(cè)與保藏取得‘后發(fā)先至’的顯著成效，徹底改變了中國(guó)在國(guó)際海底基因資源研發(fā)領(lǐng)域的狀況。”孫書(shū)賢介紹，多年的深海探索使我國(guó)已獲得大量深海微生物資源，分離了近10000株微生物，依托國(guó)家海洋局第三研究所建立了第一個(gè)深海菌種庫(kù)，目前庫(kù)藏海洋微生物2.2萬(wàn)株，涵蓋3400多個(gè)種，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；并完成了100多個(gè)海洋微生物新物種分類與系統(tǒng)進(jìn)化研究，使我國(guó)成為深海微生物新物種發(fā)現(xiàn)與分類的重要力量，同時(shí)構(gòu)建了國(guó)內(nèi)第一個(gè)深海微生物代謝物庫(kù)與信息庫(kù)。
一個(gè)新物種或?qū)?dòng)一個(gè)產(chǎn)業(yè)
除了科學(xué)研究的高度價(jià)值，對(duì)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)的現(xiàn)實(shí)需求，深海生物資源同樣蘊(yùn)藏著巨大的應(yīng)用開(kāi)發(fā)潛力。
一些微生物代謝物具有抗病毒甚至抗腫瘤活性。邵宗澤介紹，我國(guó)科學(xué)家從深海微生物發(fā)酵提取物中發(fā)現(xiàn)了具有抗流感病毒的活性新結(jié)構(gòu)化合物，已獲得發(fā)明專利并將進(jìn)入成藥性評(píng)價(jià)。同時(shí)，科研人員在深海細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)了兩種全新抗菌肽，其中含有罕見(jiàn)氨基酸，并具有顯著的抗腫瘤活性，“從中可以看到從深海極端環(huán)境微生物中發(fā)現(xiàn)全新抗癌小分子的巨大研究潛力”。
深海微生物資源還為石油降解、環(huán)境修復(fù)等開(kāi)啟了新路。據(jù)了解，在石油污染環(huán)境修復(fù)技術(shù)中，微生物修復(fù)法成本低，對(duì)環(huán)境影響小。我國(guó)科研人員對(duì)海洋微生物進(jìn)行富集、初篩、復(fù)篩，最終篩選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，已成功應(yīng)用于廈門(mén)觀音山海域石油污染沙灘的生物修復(fù)工程。而海底熱液區(qū)的“吃硫”微生物可用于生物冶金技術(shù)等，這些微生物更耐受高溫和高壓、耐重金屬。
對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水產(chǎn)養(yǎng)殖，深海微生物制劑可降低化學(xué)農(nóng)藥與抗生素的使用量，健康安全，又可提高產(chǎn)量。目前已開(kāi)發(fā)出的多款微生態(tài)制劑如海藻寡糖產(chǎn)品等，包括果蔬保鮮劑、生物肥料、益生菌劑等，已在全國(guó)多地測(cè)試、應(yīng)用。
邵宗澤透露，目前，我國(guó)已經(jīng)完成4000多株微生物資源在海洋藥物、生物農(nóng)藥、環(huán)境保護(hù)、生物技術(shù)、工業(yè)酶應(yīng)用等方面的潛力評(píng)估，申請(qǐng)國(guó)際國(guó)內(nèi)發(fā)明專利200多項(xiàng)。“一株菌、一個(gè)化合物、一個(gè)酶或許就能形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)，可見(jiàn)深海生物資源的潛力”。
“全球1000米以深的海域占地球表面60%以上，但我們對(duì)深海的探索還僅僅只有5%，仍處在‘進(jìn)入深海’的階段，還有95%的海洋不為人知。”孫書(shū)賢說(shuō)，“然而從目前的探索成果來(lái)看，深海蘊(yùn)含著一個(gè)巨大的生物資源庫(kù)，未來(lái)可能會(huì)對(duì)人類的生產(chǎn)生活產(chǎn)生極大的影響，這將不斷給人類帶來(lái)驚喜，等待著我們的探索、開(kāi)發(fā)和利用。”
