2026年中考化学专题复习教学素材：我国揭示全球最深化能合成生态系统奥秘

【教学素材】 我国揭示全球最深化能合成生态系统奥秘 湖北省石首市文峰初级中学 刘涛（正高级教师） 【背景资料】我国科学家依托“奋斗者”号载人深潜器，在万米级深渊海沟实现里程碑式科考发现，首次发现并证实了地球上最深、规模最大的化能合成生态系统。拓展人类对生命极限的理解，为研究地球深部碳循环、探索极端生命生存机制提供全新科学依据。“深渊海沟最深处发现繁盛的化能合成生物群落”入选2025年度中国科学十大进展。 “化能合成作用”（chemosynthesis）是微生物以二氧化碳为主要碳源，通过氧化无机物获取能量将二氧化碳合成为有机物的生物化学过程，同时利用无机含氮化合物作为氮源。主要参与者包括亚硝化细菌、硝化细菌、硫细菌、铁细菌等化能无机营养细菌，分别通过氧化NH3、HNO2、H2S、FeSO4等物质产生能量。 化能合成作用过程在深海热泉等无光环境中代替光合作用成为主要产能方式，支撑生态系统运转。这些微生物通过将硫化氢氧化生成硫，或氧化体内的硫为硫酸维持物质循环，其活动可提高土壤氮素营养并改善矿质盐可溶性。相关技术应用于细菌浸矿和单细胞蛋白生产，但部分菌群可能引发金属腐蚀。深海热泉和冷泉等特殊环境中，化能合成生物通过氧化硫化氢或甲烷形成有机物，构成黑暗生态系统的能量基础。 一、核心发现 （1）极限深度与规模：该生态系统分布深度延伸至9533米，沿海沟轴线绵延超过2500公里，是目前已知分布最深、范围最广的化能合成生物群落。 （2）主要生物组成：群落以细带管状蠕虫（具红色血红蛋白触须）和双壳类软体动物‌（如深海偏顶蛤）为主体，高密度微生物垫遍布其间。 （3）能量来源机制：完全脱离阳光依赖，依靠海底断层上涌的富含硫化氢和甲烷的地质流体；化能合成细菌氧化这些无机物获取能量，将CO2转化为有机物，支撑整个食物网。 二、科学突破意义 （1）改写生命认知：颠覆了“万米深渊是生命禁区”及主要依赖表层有机质沉降的传统观点，证实地球最深处存在独立、繁荣的“黑暗生态系统”。 （2）揭示深部碳循环：研究发现甲烷主要由沉积层深处微生物将有机碳还原产生（生物成因），表明深渊海底下存在巨大的‌未知甲烷储库‌，深刻改变了人类对地球深部碳循环和碳收支平衡的理解。 （3）提出新假说：基于此发现，科研团队提出“化能生命长廊”假说，推测此类生态系统可能沿全球俯冲带海沟广泛分布，形成跨洋盆的深海生命网络。 （4）荣誉认可：该成果入选2025年度“中国科学十大进展”，相关论文发表于国际顶级期刊《自然》（Nature）。 【情景创设】阅读下列科普短文，回答问题。 化能合成作用 我国科学家依托“奋斗者”号深潜器在万米海沟发现地球上最深、规模最大的“化能合成”生态系统。“化能合成”是细菌等微生物通过氧化无机物获取能量，再利用能量将二氧化碳合成为有机物的过程。此过程不需要阳光，是深海等黑暗环境中生态系统的主要能量来源。“化能合成”核心过程分为两步： ①能量获取：在细菌作用下无机物被氧化，释放能量。例如： 2H2S＋O2 ( 硫细菌 )2S＋2H2O； ②有机物合成：细菌利用上述化学反应释放的能量，将CO2和H2O转化为有机物（如葡萄糖（C6H12O6）。 （1）“奋斗者”号全海深潜水器的载人舱球壳采用新型钛合金制造，万米海底水压超过110兆帕，钛合金属于 （填“金属”或“合成”）材料，其具有的良好性能是 。 （2）“奋斗者”号深潜器内为驾驶者及科考人员配备了简餐西红柿鸡蛋面。面条、西红柿、鸡蛋中富含蛋白质的是 。 （3）在硫细菌作用下，硫能被氧化成硫酸并释放能量： 2H2S＋3O2＋2X ( 硫细菌 )2H2SO4＋能量。该反应中“X”是 （写化学式）。 （4）“化能合成”的能量来源是 。 （5）硫细菌利用能量将CO2和H2O转化为葡萄糖和O2的化学方程式是 。 （6）“化能合成”生态系统的发现，颠覆了“万物生长靠太阳”的认知。请简单说明你的认识与理解 。 参考答案 （1）金属；抗腐蚀性好（合理即可）；（2）鸡蛋；（3）H2O；（4）无机物氧化释放的化学能（无机物氧化释放的能量）；（5）6CO2＋6H2OC6H12O6＋6O2；（6）该生态系统中的生物不依赖阳光，通过化能合成作用（氧化无机物获取能量）合成有机物，说明并非所有生态系统都依赖太阳能。 学科网（北京）股份有限公司 $