张鑫：“发现”深海冷泉热液下的生命

中科院海洋所特聘研究员张鑫

　　新浪财经讯 CC讲坛第24期于2018年4月11日在北京东方梅地亚中心M剧场举行，中科院海洋所特聘研究员张鑫出席并演讲。

　　张鑫和他的团队通过“发现”号机器人用独创的原位探测技术，带我们认识深海极端环境里的生命世界。 从无到有，他们让中国的深海探测技术领跑世界。

　　以下为演讲实录：

　　张鑫：我是中国科学院海洋研究所的张鑫，讲深海之前我们先看一下太空。现在你们看到的图片是一个哈勃望远镜拍摄的特别漂亮的一个星云，自从有了人类或者我们人类有了思想之后，我们就在考虑我们从哪儿来，到哪儿去。很多人就会认为说，我们是从宇宙来的，我们是外星人的后裔。其实呢，在我们特别近的地球上，也有一群生命它不需要阳光、不需要任何我们地表生命需要的东西来生活。它在哪呢？在深海，离我们有多远呢？只有大概几千米的一个水深。几千米是什么概念？就是几公里。或者说最深的地方是多少？11000米，只有11公里，可能还没有整个北京市的一半那么大。

　　到那之后呢，我们发现它没有阳光也没有氧气，里边氧浓度几乎是零。然后有什么呢？有很多很多热液特有的一些甲烷、硫化氢这些气体。可能硫化氢这个学术名称太强，但是你如果读过高中的话就会知道，有一个臭鸡蛋气味特别重的东西，它就是硫化氢。对于我们人类来说，它是一个特别有害的东西，但是对这些生命来说，是它们的源泉，它们需要硫化氢里面的氢离子进行一些化能合成，然后就会拿到很多很多的能量和物质，然后合成它们身体里边需要的东西。

　　那个小图是一篇文章里面的一个图，里边有一个6℃到81℃和40℃到55℃，6℃到81℃是什么概念？就是这个生命是一个蠕虫，就是你那个大图里边，白色和黄色的东西。这种蠕虫可以在6℃到81℃宽的温度范围内生存，这是我们已知的这种大型的生物里边现在能生存温度范围最广的。它在40℃到55℃可以活的很好，你去桑拿房到45℃，你是不是感觉你待不了十分钟就出来了？没问题，它活的很好，温度再低了它可能就活不好了。这就是深海的生命。

　　这张照片是我们自己拍的，用什么拍的呢？用一条船加一个机器人。五年以前如果站在这个讲台上，我会用一些美国人拍的、日本人拍的照片来给你们讲，现在我们可以用自己的东西来做，就是靠这条船。这条船我们叫“科学号”，是我们国家的重大基础设施，大概国家投资了5.5个亿。上边装载的这些所有的设备像一个百宝箱一样，你想做什么深海或者海洋的研究就能拿到什么样的装置和数据。

　　有了船还是不行的，你必须要下去，船是下不去的，船不可能是潜艇潜下去，对不对？那我们需要有一个人下去，这个人是什么呢？是一个机器人，我们叫它ROV，Remote Operated Vehicle。这个机器人呢，黄色那个物体写着“发现”两个字，就是我们机器人的机头。但是这个机器人是一个很庞大的系统，这是我们那个船的后甲板，它包含了现在释放的这个结构，我们叫A型架。后边那个黄色的辫子，我们是5500米的一根脐带缆，为什么叫脐带缆，是它连接了下放这个机头，和我们上面的控制人员，就是有了这个机器人之后，我们人是不需要下去的，它是无人遥控的。然后谁下去的？它下去。它的整套系统操控支撑是在船上进行的。这个机器人有什么东西呢？上面有很明亮的眼睛，有两只灵巧的双手，然后我们还做了很多很多的设备去把这个样品带回来。你不止要看得到，就像刚才那个照片一样，还要能拍得到，然后还要能把它带回来。

　　我们去哪了呢？冷泉。什么叫冷泉？冷泉并不比正常的海洋的海水冷，它是相对热液来讲的。热液会特别热，后边去讲它。冷泉的水温也是3℃到5℃，和周围的海洋环境水温是一样的，但是它是在11000米的水深。这里是没有任何的阳光、氧气和我们人类生命需要的东西，那它有什么呢？它有甲烷气体和硫化氢气体。在70年代以前，我们会认为500米以下的深海没有任何生命在里面，现在我们发现不止1100米有（生命），4000米、 5000米 、11000米都有生命。

　　那这些生命是靠什么生存的呢？它是靠一些共生的细菌，或者说这些微生物给它提供了一些大型生物需要的能量和物质，这些微生物其实和海底下的生命是共生的。就像我们吃的大闸蟹一样，大家都吃过阳澄湖大闸蟹对吧？它前面两只爪子上是不是有那些黑色的毛？那里面其实也有很多共生的微生物，它是滤食性动物，我们这些螃蟹里边也有很多这样的毛。微生物是整个生态系统的相对于最低级的一个生产者，它底下是没有植物的，只有动物。

　　底下还有什么？还有可燃冰，看到刚才冒泡的那个地方是一个冷泉口，冷泉口冒出来的是什么呢？是地底下的一些甲烷气体，有可能就是因为可燃冰或者叫天然气水合物分解导致的，然后我们就可以在底下合成一些可燃冰。这是冷泉，它比较冷，或者说它能和海水温度相当的时候，大量的生物在里边生存。

　　讲完冷泉我们再去热液。热液和冷泉totally different（完全不同），不同在哪呢？温度。冷泉的温度和海水或者海底下海水的温度相当，在3℃到5℃，热液多少温度？不知道。因为2014年我带着我们机器人去这个热液口的时候，我们连测温度的温度计都没有。你说我带一个家里的温度计下去不就行了吗？它不耐压，而且它的温度到不了400℃。这种温度计国际上只有几个公司可以产，也不是因为禁运，而是说它不配合我们这个机器人。所以说，我们2014年的时候，也就是大概在三四年以前，我们根本不知道它的温度是什么。

　　现在你看到的那个机器人在慢慢靠近，那个喷着火苗的东西其实就是热液喷口，我用了火苗两个字，其实它不是火苗，它是什么呢？它是高温的热液流体，只是反射了我们的光。曾经有随船记者，他问这是不是火苗。我说不是，他不信。我就把整个机器人的光全都关掉，底下没有任何光的时候，发现原来它是黑的。这种不是火苗的东西，它可以多少度呢？有三四百摄氏度的温度。在这个热液喷口的周围有很多靠这种热液流体生活的生命。你看到没有，我手里没有这个温度计的时候只能拿一个拖把杆，这个拖把杆是从船上现找的一根，然后想知道它能不能把它给烤着或者是能不能把它给烤熟。你们猜能不能？能不能这是个问题，生与死也是个问题。对吧，你看发黑了，黑了的话就是被碳化了，相当于用一个三四百摄氏度的高温热液的水把它给煮黑的。现在有一个CCTV标志的这个是什么呀？是一只孙猴子，因为我们去的这个区域是中日的一个敏感区域，我们不能像南海一样，像蛟龙（号）一样放个国旗在那，但是我们可以把我们这个神话人物里面的孙悟空放在那，孙悟空手里拿着那个是金箍棒对不对？它还有一个名字叫什么？定海神针，对。

　　所以再回到热液。热液它喷出热液流体就可以供给一些微生物，进行化能合成系统，这个微生物就具备了最低级的生产者，然后它可以供给好多的像贻贝，现在拿在手里这个就是贻贝，这些生命去生活。刚才看到的黑色的烟囱就像我们大概在十几年以前供暖的时候未脱硫的那个烟囱。其实热液里面不只有黑的，还有黄的，还有白的，现在里边看的就是我们“发现”号去的南半球的马努斯的一个热液区。这个马努斯还是一个黑色的烟囱，但是后面还会有一些白色的烟囱，就像那个奶油一样喷出来。白色烟囱和黑色烟囱的区别就是一个脱硫和一个未脱硫，脱硫的就是没有硫的这个东西，它有很多硫酸盐的东西在里面，它会形成白烟囱，这种白烟囱孕育了大量的管状蠕虫，这种管状蠕虫就像一面山一样在里边趴着。我手里还攥了一个大的鱿鱼，或者是章鱼。

　　然后你看这张，这一块就特别清晰，它底下并不是说一个单一的生态系统，它是一个很复杂的生态系统，包含了虾、贝、鱼、管状蠕虫，然后有一些寄生的微生物。现在看到白白的这些东西叫它阿尔文虾，这是美国的深潜器“阿尔文”号发现的。白色絮状的东西里边是什么呢？很多是微生物席，就像席子一样它可以漂起来，就像我们的柳絮。看，奶白色的东西出来了，特别像一杯纯牛奶倒在了水里，然后又喷了出来。现在看远方的就是白色的烟囱，它的周围的pH可以达到多少？接近0，我们现在测的是可以到负的值。在pH极低的这种强酸环境下还是有生命存在的，所以说热液和冷泉这种极端生命已经颠覆了我们整个人类对生命的一个概念。

　　刚才说的那些数据，很多都是靠把样品取上来得到的，但是温度压力的变化对这个样品测的值准不准呢？不准。那你想知道这个生命它自己生存的环境是什么，那怎么办？我们要原位去测它。为什么要原位？这个图就是一篇很好的文章，我们丁抗所长发的一篇文章，2005年他发现热液喷口的流体pH是测不准的，即使你把它带回来之后，它的pH变成3，但是原位测，是5。大家如果学过化学的话，对于氢离子来说，3和5是差好多好多数量级的。还有一些溶解的甲烷气体，你就想一下你的可乐打开之后它会怎么着呀？气体都出来了对不对？过一小时你再喝的时候，你就没有气体的那种感觉了，二氧化碳出来了。那我们测一下沉积物孔隙水中甲烷的浓度发现，原位测和把样品采回来测，有一千倍的误差。就是有的时候测不准，有的时候测不对，那怎么办呢？我们去原位。

　　怎么叫原位？就是我不要把样品带回来，而是要把我的实验室搬下去。我用的技术叫激光拉曼光谱技术，这就是我做的激光拉曼光谱仪，这个激光拉曼光谱仪是一个特别大的，就像这个白色的地毯一样大的区域，可能还放不开。我们把它集成，有一些特殊的设计之后可以装在机器人上去测，然后我给它取名叫RiP。如果大家在国外待过的话，国外的墓碑上就用的RiP，叫Rest in Peace，就是安息的意思。我也取名叫RiP，当然我是有含义的，我叫Raman insertion Probe，这三个的首字母是一样的。为什么叫RiP呢？是因为我希望我不打扰它，我并不把它的样品带回来，我并不把那些活着的螺呀，虾呀，贝呀带回来，我就要知道它真正安息的环境，或者它真正自然状态生存的环境是什么，这是我们的目的。

　　我们有了RiP之后我们去了哪？我们去了热液。我们发现喷口里边290℃温度的情况下，里边有什么东西呢？有很多的甲烷、硫化氢、二氧化碳，然后我们实验室就可以定量把这个数据告诉你们，这在国际上从来都没有人敢这么做，包括我美国的老师，我的导师。我说我要做一个敢插在几百摄氏度高温的喷口里边的光学探头，就相当于把你的眼镜插到这个里面，他认为这是不可能的，但我们做到了。

　　我们还去了哪儿？我们去了冷泉。但是很好玩，我们对着冷泉喷口去测发现，其实冷泉喷口喷出来的这个东西和我们正常海水没有太大的区别。为什么？因为它相对于周围的整个海水的容量来说，它的变化量太小了，就是周围海水已经把它给稀释掉了。

　　那我们还可以干什么呢，我们可以测沉积物孔隙水，沉积物孔隙水太专业了，简单点就是，测泥巴里边水溶解的那个东西。为什么要测它？因为沉积物把大量的甲烷通过一个AOM过程，就是甲烷的厌氧氧化通过微生物或古菌，这个东西叫古菌，把大量的甲烷给分解掉了，这样它不会进入海水，也不会进入大气层，如果它进入大气层的话，那会是一个很灾难性的东西。因为甲烷的温室效应要比二氧化碳要大很多，所以气候就会变暖。

　　那么我们还干什么了呀？我们测可燃冰。2017年的年初大家可能被可燃冰刷屏了，就是我们国家对可燃冰做到了最长开采时间、最大产气量，就是对天然气水合物的开采。那我做的是什么？我在那个区域不远的地方发现裸露在海底的地方也有可燃冰，他们开采的那个区域是在埋藏几十米、几百米的沉积物里面，我这个区域发现可燃冰，其实是和深海的冷泉生物共存的，就是这些生物其实是吃可燃冰分解的甲烷来活着的。

　　我们怎么证明它是可燃冰呢？就用我们做的这个RiP系统。我们直接把激光打在这个RiP系统里边，就是我并没有把相当于冷泉生物的汉堡带回来，如果我把它带回来了，可能这些冷泉生物就没得吃饿死了。我只是测了一下它汉堡里边到底有没有鸡肉，到底有没有这个生菜，这是我做的工作。有，OK，那我就知道你生存的环境是什么。

　　我们还干什么？我们测那个冷泉口，冷泉就像我们泉眼一样，大家如果去过温泉，或者去过四川的一些地方的话就会发现很多的温泉。它喷出的叫冷泉流体，发现它上壁也有很多很多的可燃冰，我们也可以直接测，我们也不把它带回来。

　　刚才讲了好多好多海洋的东西，刚才我开场白讲的是太空，那太空和海洋到底能不能连在一起呢？我们觉得它是可以连在一起的。这是木卫二，是木星的一个卫星。它里面有什么呢？在它厚厚的冰层之下，或是厚厚的地表之下有一层水，可能是海水。海水里边会有什么呢？它既然就像我们地球一样有地壳的话，它会喷出很多很多的岩浆，然后岩浆如果喷出来有岩浆房的时候，它就会形成我们海底下的热液系统，土卫二或者木卫二上的海洋那里边有没有生命呢？不知道。如果说我们地球上的这种极端生命现象是一种普遍现象的话，那土卫二、木卫二上的这种海洋里面也会有这种生命在，那到底我们是他们的祖先，还是他们是我们的祖先？这个可能需要我们这代或者我们下一代的人去做。

　　现在美国已经有了计划，我昨天在我们院也有一个计划，就是中科院也有一个计划，就是对不管是火星，还是木星，还是土星进行这种探测，美国人的计划是NASA和NOAA就是空间局和海洋局合作，用一个飞船带着我们的深海潜器，这个深海潜器在飞船的作用下把它释放在土卫二和木卫二的海洋里。就像在我们地球上一样，这种潜器在外太空的海里面去做生命的探究。我们做的这个RiP系统不只是地球生命的一个安息，可能会是一个外太空生命的一个安息。或者说我们不打扰它，我们也不把样品带回来，我们要知道那里有生命，然后我们就去探究到底谁是祖先。好，谢谢大家。

　　新浪声明：所有会议实录均为现场速记整理，未经演讲者审阅，新浪网登载此文出于传递更多信息之目的，并不意味着赞同其观点或证实其描述。

责任编辑：谢长杉