极端生物和热液喷口

美国科学家发现大脑中有一个硬币大小的区域与尼古丁成瘾有关。爱荷华大学的研究员Nasir Naqvi和他的同事在本周的《科学》杂志上发表文章，研究了69名中风患者的戒烟率。其中19名受试者的脑岛皮层受损，与中风影响大脑其他部位的受试者相比，这些人在中风后戒烟的可能性要大得多，而且通常没有困难。与左脑相比，右脑脑岛的影响也更明显，但这项研究规模太小，无法证实这一点的重要性。那么为什么会有这种明显的效果呢?研究人员认为，位于大脑颞叶和额叶之间的脑岛被认为在预测情绪事件对身体的影响方面发挥着作用。换句话说，它可能会帮助成瘾者预见到吸烟的乐趣，并缓解不愉快的戒断症状。在这方面，它可能有助于激励吸烟者吸烟，因为它创造了一种感觉，即吸烟是一种身体需要。但是，当大脑的这个区域受损时，用一位病人的话来说，就好像“身体‘忘记了’吸烟的冲动。”研究小组希望，在脑部扫描和行为研究的帮助下，发现脑岛和烟瘾之间的联系将有助于科学家更好地理解烟瘾的神经学基础，并开发出更好的方法来帮助吸烟者永远戒烟。

克里斯:你对热液喷口很感兴趣，但有些人可能不知道它们是什么，所以你能告诉我们一些关于这些东西的地质学知识吗?

Crispin -嗯，这是一个非常简单的系统。在海底有一个巨大的水下山脉，在那里新的海洋地壳正在形成，这些山脉比表面上的任何山脉都长。在这些地方，因为有新的海洋地壳形成，所以有热量。基本上，地下的岩浆通过熔岩上升形成新的海洋地壳。同时也有水，因为在这些巨大的水下火山山顶上有海洋。海水渗入地下，被地下的岩浆房加热，随着温度的升高，海水与新的火山岩发生反应。它吸收了所有不同的化合物，包括硫化氢，这是非常重要的，还有很多金属，包括铁、铜、铅和锌。因为它是热的和浮力的，它上升到海底，并在这些洋中脊的某些地方喷射出来，形成特别是硫化物矿物的大型矿床。喷涌而出的水，你说的接近沸点，如果水从陆地表面喷涌而出，它肯定会沸腾因为温度高达400摄氏度。它不会在海底表面沸腾，因为它处于极端的压力下。 In some places such as the cruise I was on recently, we were diving in to 2500 metres of water, and that's a lot of pressure on top of this vent fluid and it stops it boiling. So it's a pretty simple system in terms of its geological process of formation.

Chris -所以这是一个巨大的能源来源;海床上的化学能和热能。所以现在有生物可以利用这一点。我说现在，但我的意思是生物体随着时间的推移已经进化到可以利用这一点。

Crispin:确实如此，事实上有证据表明，生命本身可能是从热液喷口开始的。这些东西实际上是有机化合物的高压锅，所以这是一个在世界海洋中已经存在了数十亿年的系统。生命可能就是在那里开始的，当然，对于今天各种不同的生命来说，这是一个令人惊奇的地方。

海伦:我们在那里会看到什么样的生活?什么种类的动物、植物和生物?下面住着什么?

Crispin:当然没有植物，因为它是完全黑色的;黑到不能再黑了。你看到的是非常特殊的群落，它们可以生活在这些热液喷口和非常具有挑战性的流体中，因为它不仅非常热，而且没有氧气，而且还很酸。所以这是非常令人不快的东西，但它的液体中确实有大量的化学化合物如果你能把这些液体和氧气结合起来，你就能释放出很多能量，这就是这些群落的基础。

它们只是微生物吗，Crispin，还是更大的动物?

Crispin -不，有更大的动物。如果你在东太平洋的喷口群落潜水，你首先会看到的是这些非常大的管状蠕虫。这些管状蠕虫叫做Riftia，是一种巨大的管状蠕虫，是最具魅力的动物，身长可达三米，它们不仅能长到三米长，而且在几年内就能长到三米长，所以它们的生长速度非常非常快。

克丽丝:但是他们在吃什么?

Crispin -关于他们的有趣的事情是，作为成年人，他们根本没有正常运作的肠道。它们没有嘴，没有消化道，也没有肛门。它们的身体基本上是由一个细菌农场组成的，所以它们有数十亿的小共生细菌。细菌利用喷口液中的硫化氢作为能量来源，管虫将喷口液中的硫化氢和血液中的氧气带到体内的细菌农场。然后，细菌将氧气和硫化氢这两种物质结合起来，产生能量。然后动物利用这些细菌，可能是直接吃掉它们。

那么细菌和蠕虫的关系在哪里呢?它们是生活在地面上还是有特殊的袋子把它们装在里面?

Crispin -它实际上是一种叫做滋养体的器官，由皮肤细胞形成。它在动物体内;不是在外面。

克里斯:这让我想起了种植真菌的切叶蚁，它们有特殊的毛孔，每个毛孔都由自己的汗腺滋养，这些汗腺滋养着某种细菌，这些细菌会分泌出一种抗生素。然后，这些蚂蚁可以将其散布到巢穴周围，以摆脱真菌。同样的，蠕虫的结构可以容纳这些嗜硫化氢的细菌，作为交换，它们也可以给蠕虫一些东西。

Crispin -没错。事实上，不仅仅是巨型管状蠕虫能做到这一点。有两种不同的双壳类，巨大的喷口贻贝和喷口蛤，它们也有类似的功能。但这里细菌在鳃组织中。鳃通常是双壳类动物用来过滤食物的，但在这种情况下，它们完全被组织中的这些共生细菌所吸收。所以它们的鳃对于深海双壳类动物来说是非常大的。

克里斯:为什么它们这么大呢?因为看起来这么大并没有什么明显的优势，因为当你是海洋中的大型动物时，其他动物很难猎杀你，这是一种优势。但对于这种由化学物质驱动的生物来说，体型庞大有什么优势吗?

Crispin:嗯，我想是的，首先因为你可以有更多的共生细菌。问题是可用的能量几乎是无限的。有更多的能量是你无法利用的，所以你的体型越大，你的细菌农场里的细菌越多越好。

有些人说这是其他星球上可能存在生命的证据。因为如果你能在海底找到一个非常特殊的生态系统，那里的能量供应来自行星的热量，这意味着如果你能在太阳系的某个地方找到另一个拥有类似环境的行星，你就可以在那里找到生命。但后来又有人说这很好，但这种生态系统中仍有一些元素依赖于来自太阳的能量输入，如果你把太阳拿走，它们就无法生存。

Crispin -我认为如果你看看食物链的底部，细菌和古细菌，这是你在非常小的原核动物中所拥有的另一个生命王国，那么我不明白为什么你不能在其他星球上有一个类似的系统。在开始的过程中你所需要的只是热源和一些与水反应的岩石，在任何岩石行星上都有。

克里斯-但你认为这些蠕虫是从哪里来的，因为滋养它们的细菌是一回事，但它们显然是非常特殊的生物?

Crispin:如果你看一下它们的基因，它们似乎很适合多毛类蠕虫，所以像沙蚕这样的生物就属于这一类。因此，尽管它们非常专业，但它们的起源似乎相当平凡。但我们发现回溯到地质记录的化石看起来确实非常相似。这是我们最古老的例子，大约有4.3亿年了。所以类似的动物在火山口已经存在了很长一段时间。

海伦:克里斯平，你实际上是一名古生物学家，所以我猜你的兴趣主要是过去在海洋山脊上的东西以及化石化的过程。我想您最近刚从太平洋之旅回来，我想知道您在太平洋之旅中做了些什么。

Crispin:我之所以要乘船去现代热液喷口，是因为我对化石化的过程很感兴趣。所以我们在地质记录中发现了这些东西的化石，但我真的不知道这个过程是如何发生的——没有人知道。参加现代游轮的原因是为了在海底做一些实验，通过观察现代的地点来看看这个过程是怎样的。

克里斯:你是在远程探索这些通风口，还是在某种潜水器里亲自去看它们?

Crispin -不幸的是这次旅行不是我个人，但是是的，我们使用了深海潜水器Alvin，这是一个非常著名的工具，它被用来发现泰坦尼克号，俾斯麦号和热液喷口是Alvin在1977年首次发现的。所以我们把阿尔文号带下来，船上有三个人:飞行员，一个左舷观察员和一个右舷观察员，他们在这次旅行中指导科学研究。所以他们实际上是坐着潜水器下去在喷口处做实验，把东西带上来，收集动物。他们每天都在我的研究之旅中潜水。

海伦:那你在做什么实验呢?

Crispin:我的实验是一个相对简单的系统。我有一个钛网箱，底座宽12厘米，高6厘米。在这个钛网笼子里，我把不同的物体连接起来，看看它们是如何矿化的。我有管状蠕虫，腹足类和双壳类动物的贝壳碎片，虾壳碎片，还有一些控制材料。所以每一个钛网笼子都是一样的，我们的想法是把它们放在热液喷口和对照点，看看这个过程发生得有多快。

海伦:因为它非常快，不是吗?这就是我们看到化石化的速度比世界上任何地方都要快的关键。

Crispin -没错。这与我们在沉积物中发生的正常石化过程完全不同，我们认为这可能需要数百年、数千年或数百万年的时间。这个过程发生得非常快，我们知道这一点，因为如果你观察一些蠕虫在矿物烟囱外面建造管道的动物管道，这些动物仍然生活在管道中，其中一部分管道实际上已经变成了化石。所以这是一个发生在动物一生中的过程，这真的很不寻常。

在节目的早些时候，我们听到克里斯平讲述了热液喷口是如何为一系列物种提供家园和食物来源的。但研究人员现在也在把这些喷口视为矿物和金属的来源。这是多伦多大学的史蒂夫·斯科特。他是研究矿石成因的教授，他会告诉我们这一切。

史蒂夫:深海占据了地球的很大一部分。海洋占地球表面积的71%而深海约占80%，所以我们才刚刚开始了解深海的很多秘密。其中之一是海底深处的温泉，喷出的液体高达420摄氏度。这些液体中有溶解的金属，如铁，但更有趣的是经济上的铜、锌、铅、银和金，它们在海底温泉周围沉淀，形成高达40米的高耸烟囱。这些当然是不稳定的，最终会倒下，形成堆积的烟囱，这些烟囱会长成土丘，在海底形成矿藏。

克里斯:这些矿石有多丰富，史蒂夫?他们有多少人在下面?

史蒂夫:我们现在知道大约有350个地点，总共有数千个所谓的热液喷口。其中一些非常小，可以放在某人的餐厅里。其他的则相当大，例如巴布亚新几内亚海岸的俾斯麦海。其中一些矿床的直径有几百米。

克里斯:那么它们实际上是可开采的吗?因为有些人认为这些特殊的矿床比我们通常从地下开采出来的矿石要丰富得多，因此值得掠夺以获得其中的好处。

史蒂夫:是的，我绝对认为它们是可开发的，至少在曼纳斯盆地的那些是我在90年代发现的。我们自己的采样，加上一个名为Nautilus Minerals的采矿勘探集团进行的更详细的采样，已经证实了这是非常丰富的。他们从其中一个矿床中提取了一个15吨的螺栓样本，平均每吨铜含量为5.2%，黄金含量为6.6克。世界各地都有这种典型的火山岩矿，加拿大有很多，平均每吨铜含量为2-4%，每吨金含量为1 - 2克。

克里斯-从经济上讲，恢复是可行的吗?因为虽然它可能更富有，但你有大量海水的附加问题?

史蒂夫:是的，你们有很多海水。曼纳斯盆地遗址，位于1600-1700米深的水中。但陆地上也有地下3000米的矿井，比如在蒂蒙斯，加拿大基德克里克的一个矿井，从几千米深的水里钻下去比从几千米深的岩石里钻下去容易得多。你所要做的就是在那里放一根管子，而在陆地上，你必须进行大量的爆破和钻孔，这是非常昂贵的。

Chris -你真的可以做一个环境计算来找出从长远来看哪个对地球更好吗?是到这些原始的海洋环境中去开采好呢，还是像你提到的那样进行钻探和爆破好呢?

Steve:我个人认为海洋采矿对环境的影响要小于陆地采矿。这不是一个眼不见心不烦的问题，因为没有人会接受这一点。在陆地上，你必须在地上钻大洞。如果你有一个露天矿山，你必须移走大量的贫瘠岩石才能开采出矿石。也许每开采一吨矿石，你可能需要移走5到10吨贫瘠的岩石，然后把它们放在某个地方。你还会在地上留下一个大洞，下雨时，它会从硫化铁分解中产生酸，生成硫酸，并产生酸性矿井排水，这是一个大问题。事实上，这是陆地采矿的三个最大问题。在海洋中，不会产生酸性物质因为海洋是碱性的，所以不会产生酸性物质。海床上不会有大洞，因为这些东西就像海底的大隆起，你要把隆起移走。这被称为外科采矿;你只拿走矿石，所以你没有移走任何废石。 So the three biggest problems for mining on land just don't exist in the oceans.

这和传导有关。水比空气更容易传导热量，所以它只是从你体内吸走热量，这让你觉得冷。如果你想到风寒，你可以去南极，在一个非常安静的日子，零下30度，你不会感到那么冷。是风从你身边吹过，让你感到寒冷。那些从你身上经过的空气分子都从你的身体表面窃取了一点能量，然后继续移动，这样你就能更快地冷却下来。如果你在水中穿着潜水服，你的周围只有一层水，它会变暖。如果不穿潜水服，水就会在你周围流动，一直剥夺你身体的能量，让你降温。这就是为什么如果你掉进冷水里，你应该穿上衣服，保持不动，不要到处游。

当你感到压力时，它会启动你身体的战斗或逃跑反应，也就是当你准备战斗或逃离某人时。这会产生大量的肾上腺素，导致血管和心脏反应。为了将更多的血液输送到身体的其他部位，心脏会增加泵血的强度和速度，人们所说的“心悸”是指心脏跳动异常快或剧烈的感觉。所以这都取决于肾上腺素，这也是导致恐慌发作的原因。