在奇怪的、黑暗的海底世界中，被称为热液喷口的水下裂缝承载着复杂的生命群体。这些喷口将炙热的液体喷入极冷的海水中，为居住在这种极端环境中的小型生物创造了必要的化学力量。在一项新发表的研究中，生物地理学家 Jeffrey Dick和 Everett Shock 已经确定，特定的热液海底环境提供了一个独特的栖息地，某些生物可以在这里茁壮成长。
这为地球以及整个太阳系的海洋底部的黑暗中的生命开辟了新的可能性。他们的成果已经发表在《地球物理学研究：生物地球科学》杂志上。
在陆地上，当生物体从它们所吃的食物中获得能量时，它们是通过一个叫做细胞呼吸的过程来实现的，在这个过程中会有氧气的摄入和二氧化碳的释放。从生物学上讲，我们食物中的分子在氧气的存在下是不稳定的，正是这种不稳定被我们的细胞利用来生长和繁殖，这个过程称为生物合成。
但是对于生活在海底的生物体来说，生命的条件有很大的不同。
“在陆地上，在地球的富氧大气中，许多人都熟悉，制造生命的分子需要能量，”亚利桑那州立大学地球和太空探索学院和分子科学学院的共同作者Shock说。“与此形成鲜明对比的是，在海底的热液喷口周围，热流体与极冷的海水混合，产生了制造生命分子释放能量的条件。”
在深海微生物生态系统中，生物体在热液与环境海水混合的喷口附近茁壮成长。以前由Shock领导的研究发现，在喷口由超基性岩石（硅含量很低的火成岩和变质岩）组成的地区，基本细胞构件，如氨基酸和糖的生物合成特别有利，因为这些岩石产生最多的氢。
除了像氨基酸和糖这样的基本构件，细胞还需要形成更大的分子或聚合物，也被称为生物大分子。蛋白质是细胞中最丰富的这些分子，而聚合反应（小分子结合产生更大的生物大分子）本身在几乎所有可以想象的环境中都需要能量。
“换句话说，有生命的地方就有水，但水需要被赶出系统，聚合才会变得有利，”主要作者 Dick说，当这项研究开始时，他是美国大学的博士后学者，目前是中南大学地球科学与信息物理学院的地球化学研究人员。“因此，有两个对立的能量流：通过基本构件的生物合成释放能量，以及聚合所需的能量。”
Dick 和Shock想知道的是，当你把它们加起来时会发生什么。你是否会得到在混合区中整体合成实际上是有利的蛋白质？他们通过使用理论和数据的独特组合来解决这个问题。
从理论方面来说，他们使用了一个蛋白质的热力学模型，称为“group additivity”，它说明了蛋白质序列中的特定氨基酸以及聚合能量。在数据方面，他们使用了一种被充分研究的通风口生物"Methanocaldococcus jannaschii"的整个基因组中的所有蛋白质序列。
通过运行计算，他们的研究能够表明，在这种生物生长最快的温度下，在超基性火山口的混合区，基因组中几乎所有蛋白质的整体合成都会释放出能量，大约是185华氏度（85摄氏度）。相比之下，在一个产生较少氢气的不同喷口系统（一个玄武岩宿主系统）中，蛋白质的合成是不利的。
“这一发现不仅为生物化学而且为生态学提供了一个新的视角，因为它表明某些生物群体在特定的热液环境中天生就更受青睐，”ick说。“微生物生态学研究发现，甲烷菌（Methanocaldococcus jannaschii是其中的一个代表）在超基性火山口系统中比在基性火山口系统中更丰富。在超基岩宿主系统中，蛋白质合成的有利能量与这种分布是一致的。”
对于下一步，Dick 和Shock正在研究在整个生命树上使用这些能量计算的方法，他们希望这将在地球化学和基因组进化之间提供一个更坚实的联系。
Shock说：“在我们探索的过程中，我们一次又一次地被提醒，我们不应该把我们居住的地方等同于适合生命居住的地方。”