我国科学家发现火山-热液系统可孕育微生物群落

 

近日，国际学术期刊《地球物理学研究杂志-海洋》以封面文章形式报道了中国科学院海洋研究所在西太平洋马努斯弧后盆地超酸性火山-热液系统的最新研究成果。科研人员通过开展原位综合定量探测和微生物组学分析，发现在全球广泛分布的火山-热液系统中富含氢气，并且孕育了可利用氢气的微生物群落，对于探索生命起源具有重要启示意义。

“发现”号ROV开展激光拉曼综合原位探测   海洋研究所供图

深海火山-热液系统主要由海底岩浆挥发性气体与海水直接混合或者海底火山爆发形成，是一种典型的“白烟囱”，在全球分布广泛。同时，火山-热液系统也孕育了独特的生物群落，但是其生物代谢过程与流体之间的关系尚不明确。传统“先取样后常温常压分析”的方式会造成热液流体组分和参数发生明显变化，因此，开展原位探测、获取流体原位参数是研究二者关系的重要保障。

西太平洋马努斯弧后盆地DESMOS火山口   海洋研究所供图

海洋研究所研究员张鑫团队和孙黎团队合作，以西太平洋马努斯弧后盆地DESMOS火山口发育的火山-热液系统为研究靶区，利用“发现”号ROV在温泉喷口区和航次中新发现的Faxian溢流区，分别开展原位拉曼综合探测以及流体、生物保真取样。

结果发现，由安山岩组成的温泉区域形成的超酸性高温流体含有大量氢气，浓度高达8.56毫摩尔/千克。而同一火山口的Faxian溢流区的中性低温流体却不含氢气而富含硫化氢，浓度为7.78毫摩尔/千克。针对这一特殊现象，基于原位定量结果和热力学模拟计算，研究团队认为，两个区域由于海水混合程度的差异发生了不同的流体-岩石相互作用。

通过对样品进一步开展微生物组学分析，团队发现，温泉喷口区和Faxian溢流区存在不同的微生物群落，温泉区域的微生物可以利用氢气，而Faxian区域的微生物主要以氧化硫化氢作为能量来源，这表明，在火山热液系统，即便是同一岩浆来源的流体也会孕育不同的微生物群落。

航次基于激光拉曼原位定量探测技术，首次报道了火山作用主导的超酸性火山-热液系统的氢气浓度可达到毫摩尔级，并为其孕育的化能生态系统提供了重要物质来源。以往富氢气流体主要是由超基性岩和基性岩发生蛇纹石化反应形成，大西洋“Lost City”碱性热液系统由于蛇纹石化反应产生大量氢气，为早期生命提供了重要场所。但是全球碱性热液系统目前只有“Lost City”一处，不具普适性，而地球早期海底火山作用频繁，孕育了广泛分布的酸性火山-热液系统，该研究对探索生命起源具有重要的启示意义。

相关论文信息：https://doi.org/10.1029/2023JC019703