作者:张章 来源:中国科学报 发布时间:2015/2/4 9:51:51
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科学家在罗斯冰架黑暗冰水中发现一种透明鱼类

 

这些鱼或许是被奇异的光线吸引来的,它们是好奇和温驯的。

科学家在南极冰下发现一种透明鱼类。图片来源:惠兰斯冰湖钻探项目

南极洲研究人员发现鱼和其他水生生物栖息在740米厚冰下的黑暗和寒冷的海水中。这些动物生活在只有10米深的楔形海水中,这里非常偏远且环境恶劣,许多科学家认为不会出现除微生物以外的生命。

一个由冰钻探者和科学家组成的探险队,利用小型定制机器人穿过他们在罗斯冰架钻探的狭窄冰洞,最终得出了这些发现。这个隐蔽的水域位于该漂浮冰川的后角,距离冰架外缘850千米,这里是距离能接触到阳光的海水最近的地方,因此微小浮游植物能够生长,也能维持一个食物链。

“我很惊讶。”该探险队的联合领导者、美国北伊利诺伊大学冰川学家Ross Powell说。“我在这里度过了我的整个职业生涯。”他说,“你也见过这些地区的照片,这里几乎没有食物,十分荒芜,无法支撑很多生命。”该生态系统以某种方式令人难以置信地维持着生命不在阳光里存活,阳光是驱动地球上大多数生命的能量来源。该发现有助于为了解何种复杂但未发现的生命可能栖息在南极冰下的广阔海域里提供线索,这里包括超过100万平方公里的未开发海床。

此次考察由美国国家科学基金会资助,计划调查惠兰斯冰流的历史和长期稳定性,该冰河从南极海岸流出,是流入罗斯冰架的主要冰河。从去年12月开始,科学家利用牵引工具将400吨燃料和设备运到距离南极点630公里的一个远端地点,这里距离最近的永久基地1000公里。

1月初,该探险队开始钻探冰层,以到达一个所谓的接地区域——主要是一个冰川下海滩,冰川在这里从停靠在基岩上过渡到在海水中漂浮。一个来自内布拉斯加林肯大学(UNL)的冰钻探者小组利用热水等在冰川上融化出了一个直达下部海水的洞。

迄今为止,没有人曾直接观察到一座南极主要冰川的接地区域。而且,在这个冰洞于1月7日首次贯通时,科学家认为似乎这里并不可能有生命。

无生命泥淖的“骗局”

一个摄像机沿着冰洞慢慢向下,发现了一片荒凉的海底——“充满岩石,就像月球表面。”Powell说。即便3~4千米深的洋底通常也会显示出一些动物生命迹象,例如甲壳类生物在泥上留下的痕迹。但在这里,摄像机什么也没发现。该研究小组从底部轻轻挖上来的泥土核心,也显示没有迹象表明有生物曾穿过海底。而且,从底部取样的海水非常清澈,这表明水中只有非常稀少的微生物,并且这不足以让动物维持生命。

“这些水太干净了,几乎没有食物。”蒙大拿州立大学微生物学博士生Trista Vick-Majors说。而且,海床的沉积物塞满了石英,这种矿物质对微生物而言没有任何营养。当从海底或湖底取出泥土时,通常能闻到微生物制造出的硫化氢的气味。“你的鼻子就是微生物活动的探测器。但这里我闻不到任何气味。”蒙大拿州立大学微生物学博士生Alex Michaud说。

但8天后,1月15日,科学家发现一些“大家伙”生活在这里。

该发现依赖于一个名为Deep-SCINI 的1.5米长机器人,它的眼睛由加固、抗压的蓝宝石晶体制成,流线型身体由铝棒和高科技复合泡沫组成。这个遥控水下机器人(ROV)被设计能穿过狭窄的冰洞,并探索下部的水流空蚀。它还携带了蓝宝石防护屏摄像机、一个爪臂、水体取样器和其他设备。来自UNL 钻冰项目的Robert Zook和Justin Burnett夜以继日地完成了装配工作,并将它运抵南极洲。

1月16日午饭后,头戴安全帽的工作人员将Deep-SCINI与光纤连接在一起。一个位于钻井平台上方的绞车开始运转,逐渐放下电缆,沿着冰洞缓缓放下机器人。Deep-SCINI曾在压力藏接受过测试,以确保它能在深海中工作。但这是它首次实地勘察,任何ROV都未曾挑战过穿越冰川,到达深深的水下。

鱼!

12个人挤在一间狭小的控制室里,盯着若干监视器,关注着ROV处女航的进展情况。

机器人沿着冰洞缓缓下降,45分钟后,其侧视摄像机捕捉到了冰洞壁上的黑色碎片层,这可能是数千年前沉积在冰表面的火山灰或其他泥土的残余物。研究人员在数天前首次钻孔的时候就已经发现了这些分层。之后,他们在底部发现了鹅卵石,这表明冰盖下方的融化速度可能比人们想象的快。快速融化可能让陆地上的冰川以比科学家预料的快得多的速度滑到海里。

最终,ROV进入冰下无边无际的黑暗海水中。亮斑就像流星一样划过侧视摄像机——这是沙子反射的Deep-SCINI照明设备的光。机器人到达岩石海底后,Burnett坐在控制室里操纵着控制杆:爪型设备打开,Deep-SCINI向右移动到水平位置。负责构思这架机器人的Zook坐在旁边,操纵摄像机和显示器。其他人则盯着一片漆黑的显示器。

Burnett和Zook解决着各种问题。例如,过热问题迫使他们低功率操纵推进器。ROV并未安装导航系统,因此他们尝试了各种小策略。例如,从一块巨大的岩石到另一块,或用绞车缠绕电缆,从ROV后部用力拉拽,以指导它离开冰洞。人们看着由前视摄像机捕捉的画面,忽然一些人开始尖叫,然后所有眼睛都盯在了后视相机监控器上。

一个优雅、波动的影子掠过监控器,从前到后的锥形形状就像一个感叹号——这是一条拥有球状眼睛的鱼。然后,人们看到了这个生物:略带蓝色—褐色—粉色、黄油刀长短,人们能通过其透明的身体看到它的内脏。

这间控制室爆发出欢呼声和鼓掌声。Powell 回忆道:“太令人惊讶了。”

食物来源猜测

Deep-SCINI停留在这片楔形海水中6个小时。当Burnett让它停留在海底时,一条鱼逐渐接近,20分钟里从一个位置游到另一个位置,直到距离摄像机一条手臂的长度。这些鱼或许是被奇异的光线吸引来的,它们是“好奇和温驯的。”Zook说。

那一天,水下机器人共遇到20~30条鱼。“可以明确的是,它们是一个群落,并非偶然相遇。”Zook说。这些透明的鱼是最大的。Deep-SCINI还遇到了其他两种更小的鱼(一条黑色和一条橘色)、十几只红色虾状甲壳类动物以及少量的其他海洋无脊椎动物。

对于在场的微生物学家而言,最令他们兴奋的并非发现鱼本身,而是它所折射出的有关这个未开发的偏远环境的信息。就在有所发现的3天前,拥有多年南极冰湖研究经验的路易斯安那州立大学(LSU)微生物学家Brent Christner也同意水生生物将会受到代谢速率缓慢的微生物的限制。“我们必须问,它们吃什么?食物不足,能量获取就十分困难。这是一个很难存活的地方。”他说。

一个食物来源可能是小型浮游生物,它们在罗斯海有阳光的水域生长,然后被洋流冲到冰架下方。但海洋学模型认为,这些食物需要漂浮6~7年才能到达惠兰斯接地区域,并且在途中遭遇了大量的其他动物。

这个生态系统也可能是由来自地球内部的化学能而非光能驱动的。细菌和其他微生物可能以从冰下面掉落的和南极冰原西部流出的冰河水携带的矿物颗粒为食。这些微生物也可能以从古老海洋沉积物中挥发出的铵和甲烷为食。

人们猜测南极冰架下方海底缺少营养的环境可能与另一片荒芜的栖息地相似:3000米深渊的底部。但两者之间的重要不同也已经显现了出来:深渊底部的泥质层中寄居着以腐朽碎石屑为食的蠕虫和其他动物,但惠兰斯湖底部的泥土里没有任何动物。Deep-SCINI的摄像机也没有任何发现。“生活在这里的所有生物都会动。”Powell说。

不过,这些新发现仍属于非常初步的阶段,上世纪70年代末,也曾出现过类似的模式,当时科学家在罗斯冰架另一个位置也融化了一个冰洞,到达位于240米厚、距离冰川边缘430千米的一个海水层。海水中生活着鱼类和甲壳类动物,但底部泥土中也没有寄居者。(张章)

《中国科学报》 (2015-02-04 第3版 国际)
 
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