本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点

维纳斯的头发是白色的。如果你要像海洋一样处理所有事情,你的头发也会是白色的。补充图 2 b 和 d。来源:Danovaro 等人,2017
半英亩的头发:这是一群吃惊的科学家发现的,生长在 2014 年海底火山塔戈罗(Tagoro)的侧面,就在其上次喷发后的三年不到的时间里。尽管几十年来一直在搜索海底喷口和火山,但从未见过类似的东西。

加那利群岛中塔戈罗火山的位置,以及火山上维纳斯头发的位置(红色斑点,c)。圆圈 1 和 2 是采样点的位置。补充图 1。来源:Danovaro 等人,2017
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这种不寻常的发现可能归因于火山地理的怪癖。该喷口位于东北大西洋的加那利群岛。与发生在构造板块边界沿线的长链中的火山(例如中大西洋海岭)不同,这座火山与其他火山或水热喷口隔绝,后者具有可以快速殖民新岩石的成熟生物群落。唯一其他可比较的地方是海底火山洛伊希 (Lo’ihi),目前计划在未来 10,000 至 100,000 年间成为夏威夷链中的下一个岛屿(如果它以目前的速度继续生长——或者根本不生长;正如夏威夷人所指出的,火山是反复无常的)。
无论原因是什么,这个新群落——被科学家称为维纳斯的头发——无疑是独一无二的。不仅构建这种头发的细菌显然是一个新物种(它们的 DNA 与它们最近的亲戚如此不同,以至于它们也属于一个新的属),而且它们的结构也很不寻常。
故事始于 2011 年 10 月,塔戈罗火山喷发了 138 天。在那段时间里,它喷出的熔岩足以覆盖 9 平方公里的海底,并将一个锥体抬高到此前海床之上 274 米(900 英尺),达到距离水面 89 米(300 英尺)的范围内。火山还释放了熔岩“气球”。显然,当岩浆稀薄且冒泡时,碎片会脱落并漂浮到表面,成为具有热气泡牛轧糖中心的熔岩救生圈。在那里,它们偶尔会爆炸。您可以在这里看到一些这次喷发的图片。
随着所有熔岩的喷发,火山还释放了大量的二氧化碳和硫化氢。与此同时,水中的氧气浓度骤降,这种令人窒息的组合杀死了该地区的许多动物。
快进 32 个月。一辆 ROV 落到海底,由意大利、英国和西班牙科学家组成的团队操作(他们上个月在《自然生态与进化》上发表了他们的研究结果)。令他们惊讶的是,受灾最严重的地区已经被一层长达 3 厘米的白色细丝覆盖。
当他们把维纳斯的头发放在显微镜下时,他们一定更加惊讶了。这些细丝就像光纤电缆。

从固体熔岩中拔出并在 10 倍放大率下观察的单根硫丝菌细丝的光学显微照片。来源:罗伯托·达诺瓦罗
几条称为“毛状体”的长链细菌位于凝胶状鞘内(顺便说一句,毛状体是用来描述覆盖植物的微观毛发的术语)。像藤壶一样紧贴鞘外部的是不同物种的更小的细菌。

这些毛状体的直径为 3 到 6 微米——对于细菌来说有点大。包围它们的鞘宽 36 到 90 微米。鞘可能有助于阻止微生物或被大量细菌繁殖吸引的动物的啃食。
形成毛状体的细菌与另一种称为硫菌属的细菌相似。它也会形成由粘液鞘包围的毛状体束。它们不是将自己固定在岩石上,而是生活在海底的沉积物中,并使用它们的鞘在水(它们生长所需的硝酸盐所在)和沉积物(它们收获硫化物的地方)之间来回穿梭。
维纳斯的头发,新命名为硫丝菌,可以从火山周围的水中获得这两种分子——如果它能够保持在原位。将自己粘在海底是实现这一目标的一种方式。
DNA 比对还表明,在维纳斯的头发中发现的生物与迄今为止在海洋中发现的任何其他生物——无论是热液喷口还是其他地方——都不同。它们不仅仅看起来不同。它们是不同的。
在硫丝菌内部,细胞溶质(细胞的汤底)中溶解了高浓度的元素硫。与硫菌属和一种称为贝氏菌属的相关属不同,它不包含在称为液泡的容器囊中。这些细菌似乎缺少一种酶,该酶的存在将要求将硫包装起来;没有它,它们可以随意倾倒硫。因此,它们会这样做。
这些细菌的 DNA 序列似乎还表明,硫丝菌既可以吃火山气体排放的有机化学物质,也可以利用无机火山化学物质制造自己的食物——就像我上次在这里写到的巨型船蛆中的细菌一样。而且,有点奇怪的是,它有三种不同的生化途径来实现这一目标。然而,它缺乏光合作用的基因,光合作用是植物和藻类利用阳光将二氧化碳转化为食物的过程。它似乎还包含提高其对可能属于火山气体的金属的耐受性的基因。总而言之,硫丝菌似乎确实拥有一套独特的生化途径。
这种细菌粗毛地毯还被证明是各种其他细菌(尽管奇怪的是,几乎没有古菌)、原生生物和动物的理想家园。在垫子上和垫子上发现的细菌组合与之前看到的任何细菌都截然不同——甚至与周围海水中漂浮的细菌都不同。在沉积物和热液喷口中发现的各种动物也生活在垫子中,包括节肢动物、环节蠕虫链接、线虫链接蠕虫(圆虫)以及生活在海底正上方的水中的动物的幼虫和幼年阶段。硫丝菌显然是可以食用的,或者至少是一个很受欢迎的去处。
有趣的是,尽管在垫子上发现的动物都来自可识别的群体,但它们不是来自可识别的物种。生活在维纳斯头发中的大多数动物都和头发本身一样不为科学所知,直到最近。
如此重要的生物群落是如何如此长时间地逃过我们的注意的?这很容易。它位于海底,我们对海底的了解仍然远不如对火星表面的了解。
参考文献
Danovaro,Roberto,Miquel Canals,Michael Tangherlini,Antonio Dell’Anno,Cristina Gambi,Galderic Lastras,David Amblas 等。“海底火山爆发导致新型微生物栖息地。”自然生态与进化 1 (2017): 0144。