2021年4月

地球上最大的细胞

在深海深处,异种藻是它们自己的世界。

丽贝卡·r·赫尔姆博士(Rebecca R. Helm)著

想象你是一名科学家,坐在冰冷黑暗的船腹,上面是海洋深渊。当遥控潜水器(ROV)在你脚下几英里的地方下潜时,你的眼睛就会盯着一块屏幕。首先,ROV穿过阳光充足的水域,那里有很多鱼和水母,但当它下沉时,光线会减弱,阳光照射区域剩下的只有下沉的尸体和上面生物的排泄物,雨下得很轻,也很密集,科学家称之为“海洋雪”。然后,当雪褪去,剩下的是黑色,在极端的压力下,一个聚苯乙烯泡沫咖啡杯被压得只有顶针那么大,水又冷又烫。海底映入眼帘,它们就在那里。一个由巨细胞组成的花园。

这些被称为异种藻的单细胞生物可以生长像篮球一样大生长在沉积物上的异种藻可以像康乃馨、玫瑰或晶格,像浅水中的珊瑚,它们的身体在深海中创造了独特的栖息地。虽然很难在它们生活的深处进行调查,而且许多深海平原还没有被探索过,但我们确实知道这些外来藻草地可能覆盖大面积它们生活在大西洋和太平洋。斯克里普斯海洋学研究所的海洋生态学家丽莎·莱文说:“异种藻代表了海洋生物多样性中一个鲜为人知的元素。”她补充说,它们也“非常脆弱——非常容易受到人类干扰。”骚乱即将发生。

深海花园

想象一下,这些细胞密集地聚集在一起,就像草坪上的蒲公英。每个巨大的细胞都由周围的沉积物组成一个房子;有些延伸出长长的搜索丝,比如头发,来寻找和抓取最好的建造粒子,并避开那些太大或太小的粒子。尽管只有一个单细胞,每个细胞都将这些材料组装成精细的砖石结构。

有了有序的房屋,许多外来磷藻以从上面下沉的海洋雪为食,在粘稠的内部消化这些旧残留物,然后排出类似动物粪便的废物,尽管单个细胞不应该被称为动物粪便。南安普顿大学生态学家安德鲁·古戴领导的科学家使用ct扫描来窥视他们发现,每个细胞都像树枝一样在外壳中伸展,延伸到每个角落,但有多余的空间。

通过这些外壳的精细结构,以及它们产生的废物,每个细胞都创造了一个微型世界。20世纪80年代末,当列文第一次把研究异种藻作为一种业余爱好时,几乎没有其他科学家对它们进行过多的关注,她发现15个主要动物群体,包括海绵动物、软体动物、甲壳动物和多毛类蠕虫,居住在这些单细胞城堡里,有些细胞里有100多个动物个体。有些靠主人的排泄物来喂养。“它们就像动物的公寓,”莱文说。2019年,她和斯克里普斯学院的生物学家格雷格·劳斯(Greg Rouse)发现了一组可能依赖于异种藻的全新动物:鱼类。

外植体为平坦的栖息地提供了结构。

当他们观察从哥斯达黎加海岸外一英里深的海床上收集的异种藻时,莱文和劳斯发现了属于Paraliparis这是一种蜗牛鱼,有点像巨大的蝌蚪。蜗牛用注射器状的产卵器产卵。有些物种会把卵偷偷放进海绵里,有些会藏在螃蟹的鳃里,还有一些(真勇敢!)藏在活蛤蜊里。但有些种类的蜗牛可能会将卵产在外植体中,在动物和这些巨大的细胞之间创造新的关系。

目前尚不清楚蜗牛在多大程度上使用了异种藻类,以及其他鱼类是否也这样做,但这些发现强调了这些特殊细胞对深海生物的重要性。对于生活在这些草地上的蜗牛和其他动物来说,外来磷藻可以为平坦的栖息地提供结构。这些草地现在被认为是生物多样性的热点地区。当渔网沿着海底拖曳捕获外来藻类时,这是一个信号,表明行动已经进入了比周围海床更富饶的脆弱栖息地。

事实上,外植体对深海生物多样性非常重要,它们是生物之一由联合国指定作为脆弱海洋生态系统的指标,其中群落对干扰特别敏感。当根据这些指标的独特性、功能和脆弱性来评价这些指标时,则认为它们是外来的仅次于深海珊瑚.莱文说:“大多数都非常脆弱,如果不小心处理,就会变成一堆沉积物。”它们特别容易受到破坏。

深海采矿

在位于夏威夷和墨西哥之间的Clarion-Clipperton断裂带,有着170万平方英里的深海平原和山脉,是一些最丰富的外来植虫草甸。生物学家调查该地区的海床发现的区域每平方米有多达12个外植体,创造了一种单细胞珊瑚礁系统。另一个海底调查在2016年进行还发现14种外植体和12种刺胞动物、棘皮动物和海绵动物。其中7种动物是科学上的新物种。

然而,吸引国际关注Clarion-Clipperton的并不是外来磷藻。取而代之的是拳头大小的多金属结核,像蛋糕上的碎屑一样,散布在该地区广阔的软海床上。

每个结核的核心都包含一小块贝壳或化石,其表面被像晶体一样生长的矿物质所包围。这个过程是惊人的缓慢,与一般的结节据估计,成长以每百万年几厘米的速度,而最慢的速度也只有几毫米。最大的结核可能有数千万年的历史。虽然结核的形成可能与地质时间有关,但收集结核的热潮正在加速。

它们含有的矿物质包括锰、镍、铜和钴,这些元素是太阳能电池板和电动汽车电池的关键成分,也是新兴的“可再生”能源经济所需要的元素。

外植体和海蛇尾
一位研究人员拿着一个外植体(海蛇尾生活在它的褶皱中)。
施密特海洋研究所

单是钴就能卖到50多美元每公斤克。与它们所含的其他金属一起,这些多金属结核场是价值数十亿美元.公司和国家排着队等着开矿.尽管距离陆地数千英里,Clarion-Clipperton号上的一些区域现已被宣称拥有主权由中国、法国、日本、德国、韩国和其他国家,以及国际海底管理局发布了16个许可证多金属结核矿勘探。

采矿需要用管子连接到船上的拖拉机大小的真空吸尘器,将结核吸到表面。外植体及其生态系统将与它们一起提取。生物学家正在仍不清楚水下水雷是否或如何恢复。

一项对大西洋的外植体的研究发现它们是快速成长,在8个月的时间里,体积增加了几倍,但从这些物种推断Clarion-Clipperton的外植体可能是不合理的。就像竹子和橡树等植物以不同的速度生长一样,这些巨细胞也可能以同样的速度生长。科学家们也对异种藻的繁殖、它们的分散能力以及它们需要多长时间才能在布雷区重新繁殖知之甚少。当然,这只适用于不生活在结核上的异种细胞,它们需要数千万年才能重新形成。

2021年4月初,绿色和平组织遇到一艘船现在,像沃尔沃和谷歌这样的公司已经承诺,在更清楚地了解深海采矿对环境的影响之前,不会使用从深海开采的矿物。同时,国际海底管理局很快就会转变从目前的勘测阶段开始,允许第一代深海采矿。

在环境几乎完全未知的情况下,进行环境影响评估是一项挑战。但我们确实知道,异种磷藻所生活的世界与其他任何人类所遇到的世界都不同。这些细胞和人类拳头一样大,它们为其他物种创造了栖息地,这些物种在其生态系统中的重要性可以与珊瑚相媲美。莱文说:“我希望人们学会关心深海,知道它是多么奇妙、多么怪异,多么非同寻常。”她说,异种荧光体是标志性的。我们不知道深海采矿可能带来什么后果,但如果这些非凡生命形式的脆弱是任何迹象的话,我们必须小心行事。


丽莎·莱文的研究是由施密特海洋研究所他是鹦鹉螺海洋公司(Nautilus Oceans)的合伙人。

先导图像:一个外植体,顶部有一颗海蛇尾。图片来源:美国国家海洋和大气管理局海洋探索和研究办公室

Baidu