中科院海洋所特聘研究員張鑫

　　新浪財經訊 CC講壇第24期于2018年4月11日在北京東方梅地亞中心M劇場舉行，中科院海洋所特聘研究員張鑫出席并演講。

　　張鑫和他的團隊通過“發現”號機器人用獨創的原位探測技術，帶我們認識深海極端環境里的生命世界。 從無到有，他們讓中國的深海探測技術領跑世界。

　　以下為演講實錄：

　　張鑫：我是中國科學院海洋研究所的張鑫，講深海之前我們先看一下太空。現在你們看到的圖片是一個哈勃望遠鏡拍攝的特別漂亮的一個星云，自從有了人類或者我們人類有了思想之后，我們就在考慮我們從哪兒來，到哪兒去。很多人就會認為說，我們是從宇宙來的，我們是外星人的后裔。其實呢，在我們特別近的地球上，也有一群生命它不需要陽光、不需要任何我們地表生命需要的東西來生活。它在哪呢？在深海，離我們有多遠呢？只有大概幾千米的一個水深。幾千米是什么概念？就是幾公里。或者說最深的地方是多少？11000米，只有11公里，可能還沒有整個北京市的一半那么大。

　　到那之后呢，我們發現它沒有陽光也沒有氧氣，里邊氧濃度幾乎是零。然后有什么呢？有很多很多熱液特有的一些甲烷、硫化氫這些氣體。可能硫化氫這個學術名稱太強，但是你如果讀過高中的話就會知道，有一個臭雞蛋氣味特別重的東西，它就是硫化氫。對于我們人類來說，它是一個特別有害的東西，但是對這些生命來說，是它們的源泉，它們需要硫化氫里面的氫離子進行一些化能合成，然后就會拿到很多很多的能量和物質，然后合成它們身體里邊需要的東西。

　　那個小圖是一篇文章里面的一個圖，里邊有一個6℃到81℃和40℃到55℃，6℃到81℃是什么概念？就是這個生命是一個蠕蟲，就是你那個大圖里邊，白色和黃色的東西。這種蠕蟲可以在6℃到81℃寬的溫度范圍內生存，這是我們已知的這種大型的生物里邊現在能生存溫度范圍最廣的。它在40℃到55℃可以活的很好，你去桑拿房到45℃，你是不是感覺你待不了十分鐘就出來了？沒問題，它活的很好，溫度再低了它可能就活不好了。這就是深海的生命。

　　這張照片是我們自己拍的，用什么拍的呢？用一條船加一個機器人。五年以前如果站在這個講臺上，我會用一些美國人拍的、日本人拍的照片來給你們講，現在我們可以用自己的東西來做，就是靠這條船。這條船我們叫“科學號”，是我們國家的重大基礎設施，大概國家投資了5.5個億。上邊裝載的這些所有的設備像一個百寶箱一樣，你想做什么深海或者海洋的研究就能拿到什么樣的裝置和數據。

　　有了船還是不行的，你必須要下去，船是下不去的，船不可能是潛艇潛下去，對不對？那我們需要有一個人下去，這個人是什么呢？是一個機器人，我們叫它ROV，Remote Operated Vehicle。這個機器人呢，黃色那個物體寫著“發現”兩個字，就是我們機器人的機頭。但是這個機器人是一個很龐大的系統，這是我們那個船的后甲板，它包含了現在釋放的這個結構，我們叫A型架。后邊那個黃色的辮子，我們是5500米的一根臍帶纜，為什么叫臍帶纜，是它連接了下放這個機頭，和我們上面的控制人員，就是有了這個機器人之后，我們人是不需要下去的，它是無人遙控的。然后誰下去的？它下去。它的整套系統操控支撐是在船上進行的。這個機器人有什么東西呢？上面有很明亮的眼睛，有兩只靈巧的雙手，然后我們還做了很多很多的設備去把這個樣品帶回來。你不止要看得到，就像剛才那個照片一樣，還要能拍得到，然后還要能把它帶回來。

　　我們去哪了呢？冷泉。什么叫冷泉？冷泉并不比正常的海洋的海水冷，它是相對熱液來講的。熱液會特別熱，后邊去講它。冷泉的水溫也是3℃到5℃，和周圍的海洋環境水溫是一樣的，但是它是在11000米的水深。這里是沒有任何的陽光、氧氣和我們人類生命需要的東西，那它有什么呢？它有甲烷氣體和硫化氫氣體。在70年代以前，我們會認為500米以下的深海沒有任何生命在里面，現在我們發現不止1100米有（生命），4000米、 5000米 、11000米都有生命。

　　那這些生命是靠什么生存的呢？它是靠一些共生的細菌，或者說這些微生物給它提供了一些大型生物需要的能量和物質，這些微生物其實和海底下的生命是共生的。就像我們吃的大閘蟹一樣，大家都吃過陽澄湖大閘蟹對吧？它前面兩只爪子上是不是有那些黑色的毛？那里面其實也有很多共生的微生物，它是濾食性動物，我們這些螃蟹里邊也有很多這樣的毛。微生物是整個生態系統的相對于最低級的一個生產者，它底下是沒有植物的，只有動物。

　　底下還有什么？還有可燃冰，看到剛才冒泡的那個地方是一個冷泉口，冷泉口冒出來的是什么呢？是地底下的一些甲烷氣體，有可能就是因為可燃冰或者叫天然氣水合物分解導致的，然后我們就可以在底下合成一些可燃冰。這是冷泉，它比較冷，或者說它能和海水溫度相當的時候，大量的生物在里邊生存。

　　講完冷泉我們再去熱液。熱液和冷泉totally different（完全不同），不同在哪呢？溫度。冷泉的溫度和海水或者海底下海水的溫度相當，在3℃到5℃，熱液多少溫度？不知道。因為2014年我帶著我們機器人去這個熱液口的時候，我們連測溫度的溫度計都沒有。你說我帶一個家里的溫度計下去不就行了嗎？它不耐壓，而且它的溫度到不了400℃。這種溫度計國際上只有幾個公司可以產，也不是因為禁運，而是說它不配合我們這個機器人。所以說，我們2014年的時候，也就是大概在三四年以前，我們根本不知道它的溫度是什么。

　　現在你看到的那個機器人在慢慢靠近，那個噴著火苗的東西其實就是熱液噴口，我用了火苗兩個字，其實它不是火苗，它是什么呢？它是高溫的熱液流體，只是反射了我們的光。曾經有隨船記者，他問這是不是火苗。我說不是，他不信。我就把整個機器人的光全都關掉，底下沒有任何光的時候，發現原來它是黑的。這種不是火苗的東西，它可以多少度呢？有三四百攝氏度的溫度。在這個熱液噴口的周圍有很多靠這種熱液流體生活的生命。你看到沒有，我手里沒有這個溫度計的時候只能拿一個拖把桿，這個拖把桿是從船上現找的一根，然后想知道它能不能把它給烤著或者是能不能把它給烤熟。你們猜能不能？能不能這是個問題，生與死也是個問題。對吧，你看發黑了，黑了的話就是被碳化了，相當于用一個三四百攝氏度的高溫熱液的水把它給煮黑的。現在有一個CCTV標志的這個是什么呀？是一只孫猴子，因為我們去的這個區域是中日的一個敏感區域，我們不能像南海一樣，像蛟龍（號）一樣放個國旗在那，但是我們可以把我們這個神話人物里面的孫悟空放在那，孫悟空手里拿著那個是金箍棒對不對？它還有一個名字叫什么？定海神針，對。

　　所以再回到熱液。熱液它噴出熱液流體就可以供給一些微生物，進行化能合成系統，這個微生物就具備了最低級的生產者，然后它可以供給好多的像貽貝，現在拿在手里這個就是貽貝，這些生命去生活。剛才看到的黑色的煙囪就像我們大概在十幾年以前供暖的時候未脫硫的那個煙囪。其實熱液里面不只有黑的，還有黃的，還有白的，現在里邊看的就是我們“發現”號去的南半球的馬努斯的一個熱液區。這個馬努斯還是一個黑色的煙囪，但是后面還會有一些白色的煙囪，就像那個奶油一樣噴出來。白色煙囪和黑色煙囪的區別就是一個脫硫和一個未脫硫，脫硫的就是沒有硫的這個東西，它有很多硫酸鹽的東西在里面，它會形成白煙囪，這種白煙囪孕育了大量的管狀蠕蟲，這種管狀蠕蟲就像一面山一樣在里邊趴著。我手里還攥了一個大的魷魚，或者是章魚。

　　然后你看這張，這一塊就特別清晰，它底下并不是說一個單一的生態系統，它是一個很復雜的生態系統，包含了蝦、貝、魚、管狀蠕蟲，然后有一些寄生的微生物。現在看到白白的這些東西叫它阿爾文蝦，這是美國的深潛器“阿爾文”號發現的。白色絮狀的東西里邊是什么呢？很多是微生物席，就像席子一樣它可以漂起來，就像我們的柳絮。看，奶白色的東西出來了，特別像一杯純牛奶倒在了水里，然后又噴了出來。現在看遠方的就是白色的煙囪，它的周圍的pH可以達到多少？接近0，我們現在測的是可以到負的值。在pH極低的這種強酸環境下還是有生命存在的，所以說熱液和冷泉這種極端生命已經顛覆了我們整個人類對生命的一個概念。

　　剛才說的那些數據，很多都是靠把樣品取上來得到的，但是溫度壓力的變化對這個樣品測的值準不準呢？不準。那你想知道這個生命它自己生存的環境是什么，那怎么辦？我們要原位去測它。為什么要原位？這個圖就是一篇很好的文章，我們丁抗所長發的一篇文章，2005年他發現熱液噴口的流體pH是測不準的，即使你把它帶回來之后，它的pH變成3，但是原位測，是5。大家如果學過化學的話，對于氫離子來說，3和5是差好多好多數量級的。還有一些溶解的甲烷氣體，你就想一下你的可樂打開之后它會怎么著呀？氣體都出來了對不對？過一小時你再喝的時候，你就沒有氣體的那種感覺了，二氧化碳出來了。那我們測一下沉積物孔隙水中甲烷的濃度發現，原位測和把樣品采回來測，有一千倍的誤差。就是有的時候測不準，有的時候測不對，那怎么辦呢？我們去原位。

　　怎么叫原位？就是我不要把樣品帶回來，而是要把我的實驗室搬下去。我用的技術叫激光拉曼光譜技術，這就是我做的激光拉曼光譜儀，這個激光拉曼光譜儀是一個特別大的，就像這個白色的地毯一樣大的區域，可能還放不開。我們把它集成，有一些特殊的設計之后可以裝在機器人上去測，然后我給它取名叫RiP。如果大家在國外待過的話，國外的墓碑上就用的RiP，叫Rest in Peace，就是安息的意思。我也取名叫RiP，當然我是有含義的，我叫Raman insertion Probe，這三個的首字母是一樣的。為什么叫RiP呢？是因為我希望我不打擾它，我并不把它的樣品帶回來，我并不把那些活著的螺呀，蝦呀，貝呀帶回來，我就要知道它真正安息的環境，或者它真正自然狀態生存的環境是什么，這是我們的目的。

　　我們有了RiP之后我們去了哪？我們去了熱液。我們發現噴口里邊290℃溫度的情況下，里邊有什么東西呢？有很多的甲烷、硫化氫、二氧化碳，然后我們實驗室就可以定量把這個數據告訴你們，這在國際上從來都沒有人敢這么做，包括我美國的老師，我的導師。我說我要做一個敢插在幾百攝氏度高溫的噴口里邊的光學探頭，就相當于把你的眼鏡插到這個里面，他認為這是不可能的，但我們做到了。

　　我們還去了哪兒？我們去了冷泉。但是很好玩，我們對著冷泉噴口去測發現，其實冷泉噴口噴出來的這個東西和我們正常海水沒有太大的區別。為什么？因為它相對于周圍的整個海水的容量來說，它的變化量太小了，就是周圍海水已經把它給稀釋掉了。

　　那我們還可以干什么呢，我們可以測沉積物孔隙水，沉積物孔隙水太專業了，簡單點就是，測泥巴里邊水溶解的那個東西。為什么要測它？因為沉積物把大量的甲烷通過一個AOM過程，就是甲烷的厭氧氧化通過微生物或古菌，這個東西叫古菌，把大量的甲烷給分解掉了，這樣它不會進入海水，也不會進入大氣層，如果它進入大氣層的話，那會是一個很災難性的東西。因為甲烷的溫室效應要比二氧化碳要大很多，所以氣候就會變暖。

　　那么我們還干什么了呀？我們測可燃冰。2017年的年初大家可能被可燃冰刷屏了，就是我們國家對可燃冰做到了最長開采時間、最大產氣量，就是對天然氣水合物的開采。那我做的是什么？我在那個區域不遠的地方發現裸露在海底的地方也有可燃冰，他們開采的那個區域是在埋藏幾十米、幾百米的沉積物里面，我這個區域發現可燃冰，其實是和深海的冷泉生物共存的，就是這些生物其實是吃可燃冰分解的甲烷來活著的。

　　我們怎么證明它是可燃冰呢？就用我們做的這個RiP系統。我們直接把激光打在這個RiP系統里邊，就是我并沒有把相當于冷泉生物的漢堡帶回來，如果我把它帶回來了，可能這些冷泉生物就沒得吃餓死了。我只是測了一下它漢堡里邊到底有沒有雞肉，到底有沒有這個生菜，這是我做的工作。有，OK，那我就知道你生存的環境是什么。

　　我們還干什么？我們測那個冷泉口，冷泉就像我們泉眼一樣，大家如果去過溫泉，或者去過四川的一些地方的話就會發現很多的溫泉。它噴出的叫冷泉流體，發現它上壁也有很多很多的可燃冰，我們也可以直接測，我們也不把它帶回來。

　　剛才講了好多好多海洋的東西，剛才我開場白講的是太空，那太空和海洋到底能不能連在一起呢？我們覺得它是可以連在一起的。這是木衛二，是木星的一個衛星。它里面有什么呢？在它厚厚的冰層之下，或是厚厚的地表之下有一層水，可能是海水。海水里邊會有什么呢？它既然就像我們地球一樣有地殼的話，它會噴出很多很多的巖漿，然后巖漿如果噴出來有巖漿房的時候，它就會形成我們海底下的熱液系統，土衛二或者木衛二上的海洋那里邊有沒有生命呢？不知道。如果說我們地球上的這種極端生命現象是一種普遍現象的話，那土衛二、木衛二上的這種海洋里面也會有這種生命在，那到底我們是他們的祖先，還是他們是我們的祖先？這個可能需要我們這代或者我們下一代的人去做。

　　現在美國已經有了計劃，我昨天在我們院也有一個計劃，就是中科院也有一個計劃，就是對不管是火星，還是木星，還是土星進行這種探測，美國人的計劃是NASA和NOAA就是空間局和海洋局合作，用一個飛船帶著我們的深海潛器，這個深海潛器在飛船的作用下把它釋放在土衛二和木衛二的海洋里。就像在我們地球上一樣，這種潛器在外太空的海里面去做生命的探究。我們做的這個RiP系統不只是地球生命的一個安息，可能會是一個外太空生命的一個安息。或者說我們不打擾它，我們也不把樣品帶回來，我們要知道那里有生命，然后我們就去探究到底誰是祖先。好，謝謝大家。

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責任編輯：謝長杉