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令人困惑的深海沉积物（第1页）

令人困惑的深海沉积物

在我国，大约有七分之一的土地是石灰岩。石灰岩被弱酸性水经过漫长岁月的溶蚀，从而形成溶岩地貌（旧称喀斯特地貌），其最壮观的有我国广西桂林的峰林，以及云南路南的石林。

据说，石灰岩的90％是由海洋中的有孔虫、放射虫、硅藻等浮游生物的遗骸（石灰质硬壳）沉积而成的。不过，其沉积速度相当慢，1000年只沉积10毫米左右。桂林峰林的石灰岩层厚达3000至5000米，其沉积时间大约花掉2亿年。其后，由于地壳变动慢慢隆起成陆地，又经过大自然千百万年的“雕刻”，从而形成当今的奇峰异洞。

浮游生物的遗骸的沉积速度虽然极慢，但它对古气候的研究却非常有用。因为从深海钻探得到的岩芯中的浮游生物的化石中，能够明白从海底诞生时，直到现在的地球的气候变化。而其中的某些信息，足给古地磁的研究提供了贵重的信息。即从沉积物中发现在过去的4000万年之间，地球磁极至少发生过140多次的逆转（地球南北磁极互换，其原因是个迷）。

近些年来，在古生物学家的研究中，发现“生物事件”（某一生物群的突然灭绝或出现）与地球磁极的逆转有着不可思议的关系。例如，已经证实有孔虫在过去的450万年间，灭绝8种，其中7种是在靠近地球磁场逆转期间发生的。同样现象也在放射虫中被发现。那么，地球磁极逆转和生物事件有什么关系呢?

若根据现在被认为是最有力的假说，原因是不断降落到地球上的宇宙射线量的增加。一般认为，在磁极发生逆转时，地磁强度变成接近零的状态下，包围地球的磁屏蔽层——磁圈变得极弱，来自宇宙空间的射线不断大量降落在洋面上，从而使大量的浮游生物灭绝。由于90％的海洋生物栖息在浅海，如果浮游生物消失，把它们当食物的其他生物也无法生存而消失，从而引起食物链的大变异。

浮游生物还与地球温暖化有微妙的关系。即浮游生物能起到固定二氧化碳的作用。因为二氧化碳与钙能形成石灰石。因此，地球上约90％的二氧化碳被作为石灰石固定下来。如果浮游生物全部死亡，那固定二氧化碳的系统可能崩溃，大气中的二氧化碳浓度将上升，从而引起地球的温暖化。

现在，已经发现地球磁场有年年不断变弱的倾向——2000年前是现在的1．5倍。如果照此下去，大约1300年后，地球磁场有消失的可能性。可是，我们人类的诞生只是3—4万年的事，对磁场的消失没有经验，不知道它对人类及生物会带来什么影响?但从深海长眠的沉积物中，也许记录着这样的信息吧。

★揭开海洋哺乳动物潜水之谜

人在水底最多能停留几分钟，即使是训练有素的游泳健将也需要频繁地呼吸空气。人类大脑需要源源不断的氧气，运动时更是如此。比人类相比，生活在南极威德尔海的海豹则不同。海面覆盖着一层厚厚的海冰，下面超低的氧气浓度可以将人快速致死，而在其中生活的海豹却怡然自乐。这些动物屏气长达90分钟时也能保持活跃和敏锐。那么，它们究竟有什么秘密武器呢?

科学日报报道，在加州大学的生态学、生物进化学教授特瑞·威廉斯（TerrieWilliams）的指导下，莎塔·克茹滋研究员（SantaCruz）的研究为大家揭开了谜底——这归功于一种称为“球蛋白”的蛋白质。据研究，已知有16种哺乳动物大脑皮层含有球蛋白，主要起运载氧气的功能。诸如海豚、鲸和水獭等动物体内的球蛋白含量高于一般动物，在供氧不足的情况下可保护脑。威廉斯教授介绍道：“事实上，不同物种的球蛋白数量差异相当大。有些物种比其它物种的球蛋白数量高出3—10倍。这些物种可以帮助我们找到哺乳动物脑球蛋白的保护机理。”

威廉斯对她们的研究抱有重望，期望从中探究人类中风和老化现象。高水平的球蛋白究竟是与生俱来还是由后天的行为和环境促成?虽然答案目前尚未明晰，但是可以确定动物体内球蛋白的含量是后天可以改变的。她相信一旦找到人类脑中球蛋白的激活方式，由疾病、老化等导致的脑损伤必将能化解到最小化。

我们通过比较研究发现哺乳动物似乎具备增加球蛋白的特殊能力。人能具备这种能力吗?人能通过脑的再造来改善生存吗?答案尚且未知，但是问题值得深入研究。

这项研究在《英国皇家学会会报，B辑：生物科学》的网站上以“奔跑、游泳和潜水改造了哺乳动物脑中保护神经的球蛋白”的标题发表，威廉斯是第一作者。

其实，对于海洋哺乳动物的这项的特殊能力，科学们的探索由来已久。常见的解释是经过进化它们已经具备较强的生理适应能力以促进氧气传导至脑，例如较高的毛细血管密度和血液流均有助于此。可是近来威廉斯的团队以及其他学者的研究推翻了以上理论，因为如果仅仅源于生理适应，水下短短几分钟仍然可使血氧水平垂直下降。所以海洋哺乳动物在低氧时如何保护重要器官仍旧是迷。

一些未知因素似乎在起作用。威廉斯将目光转向了2000年新发现的球蛋白——神经球蛋白和细胞球蛋白。这两种球蛋白存在于脑组织，区别于血液循环系统中起类似作用的含铁蛋白质混合物——血红蛋白和仅在肌肉组织中传递氧气的分子化合物——肌血球素。

科学家们仍在探索这些脑球蛋白的物理化学性质。威廉斯解释道，迄今的证据证明细胞球蛋白在氧浓度极低时也能有效的将氧从血液转移至脑中，另一方面，神经球蛋白似乎可以阻止化学性质活泼的氧合成破坏性的自由基，所以两种球蛋白的合作可保持脑在供养不足时的正常机能。

为了验证以上假设，威廉斯组成了一支由分子生物学家、生物化学家和兽医组成的研究团队开展研究。，他们想知道脑中的球蛋白种类和量是否与各种野生哺乳动物的行动类型相关联。他们通过国家的动物控制项目或者死于高速公路、渔场副产物、搁浅等方式，共收集了14种陆地哺乳动物和23种海洋哺乳动物的脑组织。专家们检测了所有样本大脑皮层中的血色素和常住球蛋白——神经球蛋白和细胞球蛋白。合作研究者、来自加利福尼亚大学圣迪戈分校的化学和生物化学专家大卫·克里格（DavidKliger）教授在实验室里采用了分光光度技术来测量这些动物临死时脑中微量球蛋白的种类和数量。

研究结果显示陆地、游泳和潜水三类动物体内的球蛋白水平具有显著差异。和陆地哺乳动物相比，海洋哺乳动物的血色素含量更高，脑组织由于含铁量较丰富使得颜色也更深。不过研究结果并不完全如预想：在浅海较活跃的海豚、海狮和海獭神经球蛋白量高于深海中的鲸。他们还发现三只山猫脑内的球蛋白高含量惊人，不同于狐狸、山狗等狗科动物。威廉斯对此的解释是：可能是因为像疾跑一样的剧烈活动和屏气潜水一样都能刺激球蛋白。

加利福尼亚大学圣迪戈分校讲授分子、细胞和发生生物学的讲师苒婉妮（Zavanelli）认为虽然谜底还没有最终揭晓，但是已经迈出了第一步。她通过基因表达分析法对测量脑组织中球蛋白种类和含量的技术进行了改进，由此证实不同物种之间确实存在差异。她补充道：“这项生物研究十分复杂，不可能即刻得出结论，不过从技术上来讲十分简单易懂。眼下问题的关键是收集足够多的优质野生动物脑组织。”

随着项目的推进，研究内容可能扩展到球蛋白与长寿之间的关系。大头鲸可以活到211岁，它们是怎样保护脑的?它们是否同样会遭受中风的折磨?威廉斯对此十分关注。她说：“它们可能已经解决了脑老化问题。神经球蛋白为我们进一步的探索打开了一扇窗。”

★纳米比亚鱼类集体自杀之谜

在非洲南部纳米比亚的沿海地区，游人们有时会看见一种奇特的自然景观，那就是无数条海鱼，突然会纷纷跳到岸上，集体自杀。每隔几年，这种悲剧性的场面就要上演一次，上百万条海鱼争先恐后地跳上岸边，堆出高达半米、长达几公里的鱼墙。

纳米比亚海域的面积约为20万平方公里，是世界上四个最重要的幼鱼产地之一。这种鱼类集体自杀的现象主要发生在夏季，此时正是北半球的冬季，北半球的鱼类一部分迁徙到这里来产卵。自杀事件严重威胁着沙丁鱼、无须鳕鱼、鲭鱼等海鱼的繁殖。纳米比亚沿海还是海豹的重要栖息地，鱼类的大量死亡也严重干扰了海豹的生存环境。纳米比亚的沿海渔业资源丰富，盛产鲱鱼、沙丁鱼、鲭鱼、鳕鱼、龙虾、蟹等，98％的鱼产品供出口。纳米比亚政府确定了200海里（约370公里）的专属经济区，实行渔业许可证制度，严格控制捕鱼数额，每年捕捞量约60万吨。然而，近30年来，纳米比亚的鱼群数量还是大幅度减少。这就是由于鱼类集体自杀引起的。

鲸类集体自杀的事件经常发生，但鱼类的集体自杀很少听说。纳米比亚鱼类为什么要集体自杀呢?这一现象一度困惑着鱼类学家。按理说，非洲的工业不发达，因此非洲海域的污染相对较小，这些鱼类不应该是因污染而自杀。最近，科学家揭开了这个谜底，这些鱼类生活的纳米比亚海域充满了致命的毒气——硫化氢，它们因受不了毒气的熏染而跳出水面自杀了。

纳米比亚的海水中分布着大大小小的毒气团，它是由溶解在水中的硫化氢构成的。毒气分布的海域大约有150公里长，几十公里宽。为了躲避毒气，海中的鱼类，宁愿上岸自尽，也不愿意在毒气中身亡。在远洋海域，成年鱼类往往还有机会逃之天天，但是它们所产的卵和那些小鱼难于幸免。有的研究人员曾经认为，硫化氢只出现在海底的沉积层中。最近有科学家发现，硫化氢也可以在水中生成。

这一海域为什么会有大量的硫化氢呢?科学家最近观察到的一团毒气有几十米厚，说明它是由浮游在水中的产硫细菌组成的，这类细菌也出现在其他水域中，硫化氢就是这类产硫细菌的代谢产物。另外一种硫化细菌，是以海底沉积层中有机物腐烂时生成的硫化氢为养料的，它们在纳米比亚海域的海底，构成一片片几厘米厚的垫子。这些海底硫化细菌非常大，以至于人们用肉眼就可以辨别出来。这些硫化细菌垫子的作用如同一个硫化氢转换器的开关，为了降解产硫细菌产生的硫化氢，它们需要硝酸盐。假如硫化细菌垫子周围的海水中不再含有硝酸盐，它们就会让那些有毒性的硫化氢气体穿过。随后，这些硫化氢就会聚集在垫子的上方，构成几米厚的气层。

一旦这些大型硫化细菌的气化作用发生故障，就会有整块整块的沉积层剥裂，浮向海水表面。大约每隔50年，在纳米比亚海域，人们就可以观察到这些类似于浮冰一样的东西在海上漂游。这些漂浮的沉积层会携带着一团硫化氢毒气前进，所到之处会杀死它周围的所有海洋动物，因此它们被研究人员称作“魔鬼浮块”。

最近这次考察活动获得的结果将会为渔业政策带来重要的启示。假如科学家可以准确预告毒气团出现的时间，那人们还可以在此之前大规模地捕鱼，因为这些鱼反正将是死路一条。毒气团现象过去之后，又可以颁布保护措施，使得被削弱的鱼群数量能够得以恢复。然而，据研究人员告知，迄今为止，他们还没有掌握准确的数据，以说服政府对某地区的捕鱼业进行全面解禁。

★南澳海滩古井之谜

1962年夏天，一位到海边捞虾的青年发现海滩上有一口水井，并在井口四角的石缝中捡到四枚宋代铜钱，分别镌刻有“圣宋元宝”、“政和通宝”、“淳熙元宝”、“嘉定通宝”字样。这是海滩古井解放后第一次被发现。

这口古井是用花岗岩条石砌成的，呈正方形，口径约1米，深约1．2米。在这样一片连接滔滔大海的海滩上，怎么会有这样一口古井呢?更加令人不解的是，尽管古井常常被海浪、海沙淹没，但一旦显露，井水便奔涌不息；尽管四周是又咸又苦的海水，涌出的井水却清澈纯净，喝之清甜爽口。

经有关专家考察分析，发现古井所处的海滩原是滨海坡地后因陆地不断下沉形成海滩，古井也就被海沙吞没了。被厚沙覆盖的古井，一般难以被人察觉但当特大海潮袭来，惊涛骇浪卷走大量沙层时，它便会**出来。这种井露现象，继1962中夏天之后1969年7月、1978中10月和1981年9月均发生过，而且都是在强台风掀起的罕见大海潮后出现的。

据有关资料和当地许多人回忆几次井露的位置和形状各异看来古井不止一个。事实上当地也曾传闻，说是当年挖筑过“龙井”、“虎井”和“马槽”三口井。据分析，1981中9月显露的是“马槽”井，现在已由南澳县人民政府列为县级重点文物加以保护。

众所用知，沿海的滩地多为盐碱地地，下水因海水内浸掺和，多半为咸水或半咸水，不能灌溉庄稼，更不能饮用。但南澳岛上的这个海滩古井却不然，不仅井泉喷捅，而且水质清甜，即使把苦咸的海水倒人古井，隔一会儿，井水依然纯净甜淡。

古井水比当地自来水还纯净，因此每当古井出现时，本县乃至潮汕、广州等地许多人不辞跋涉，前来观赏和汲水，捎回家中冲获和珍藏。据说此水贮存十几载也不腐，而且水质仍旧纯净。这个谜还有待人们进一步研究探索。