深海熱泉口的生物，為什麼沒有陽光也能存活？
― 從硫化氫中取出能量的化學合成機制
水深超過200公尺，陽光幾乎就照不進來了；一旦超過1000公尺，更是完全一片漆黑。然而，在水深超過2000公尺的深海「熱泉口」周圍，卻聚集著管蟲、貝類等獨特的生物。在這個理應無法進行光合作用的地方，這些生物究竟靠什麼維生呢？
只要追溯陸地或淺海的食物鏈，最終大多會回到植物或浮游植物。草食動物吃植物，肉食動物吃草食動物――追根究柢，利用陽光製造養分的「光合作用」，是一切的起點。
那麼，在陽光完全照不到的深海海底，生物們是怎麼建立這個「起點」的呢？
據信海底的裂縫中，會噴出大量含有硫化氫等化學物質的高溫熱水。
一般認為，某些細菌具有利用氧化硫化氫時釋放的能量，製造養分（有機物）的機制（化學合成）。
接下來依序看看「熱水中的化學物質」與「利用它的化學合成」這套機制。
用化學合成取代光合作用來製造養分
植物或浮游植物進行的光合作用，是一種利用陽光能量，從二氧化碳與水製造養分（有機物）的反應。據信在深海熱泉口周圍，有一種細菌以硫化氫這種化學物質所帶有的能量，取代光能，以同樣的方式製造養分。這個過程稱為「化學合成」。硫化氫與氧結合（氧化）時會釋放能量，細菌便利用這股能量，從二氧化碳組成有機物。
管蟲既沒有嘴巴，也沒有胃
熱泉口周圍常見的管蟲（須腕動物的一種），據信長大之後，口與消化道會退化消失。那麼牠們是怎麼攝取養分的呢？一般認為，牠們會在體內的特殊器官中，密密麻麻地養著進行化學合成的細菌，直接接收細菌製造的養分維生。而細菌這一方，也透過管蟲的身體，穩定獲得化學合成所需的硫化氫與氧氣，兩者被認為處於互相扶持的關係（共生）之中。
據信離熱泉口稍遠的深海海底，養分稀少，是生物寥寥可數的「沙漠」般環境。在這之中，唯獨噴出口周圍，因為化學合成而形成生物密集的生態系，成了「綠洲」。
牠們找到了地球本身所擁有的，另一種能量來源。
自己動手確認看看
- 在紙上寫下「光合作用」，畫上太陽，並用箭頭把它與二氧化碳、水、養分、氧氣連起來
- 旁邊寫下「化學合成」，把太陽的圖換成硫化氫的文字，同樣用箭頭連起來
- 比較看看：只有入口（能量來源）不同，出口（製造養分）是一樣的
這能幫助你想像，深海生態系是獨立於需要陽光的陸地生態系而成立的。
總結
一般認為，深海熱泉口的生物之所以能不靠陽光生存，是因為有利用硫化氫這種化學物質的能量來製造養分、進行化學合成的細菌存在。也有像管蟲這樣，透過在體內飼養這些細菌、與之共生，間接利用其能量的生物。就像陸地生態系依賴太陽一樣，深海生態系依賴的，是地球內部的化學能量。
如果說光合作用是「太陽之子」，那麼化學合成就是「地球本身之子」。
關於生物在深海這種極端環境下如何維持身體機能，這篇文章有進一步說明。
想知道更多 ― 術語、數值與教科書的關聯從國中理科到研究中的最新話題，都會明確標示屬於哪個程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「生物基礎」課程範圍
- 高中＋高中教科書中的延伸、專欄內容
- 大學高中不教、屬於大學專業科目（地球化學・深海生物學）的內容
- 研究連大學也還沒當作「定論」教授、研究者正在調查中的話題
國中術語：與熱泉口相關的詞彙
- 熱泉口：海底裂縫中噴出高溫熱水的地方。
- 化學合成：不靠光、而是利用化學物質的能量來製造養分的作用。
- 共生：不同種類的生物互相幫助、共同生活。
高中用算式確認：熱泉口所在深度的水壓有多大
熱泉口位於水深超過2000公尺的深海。這裡用深度與水壓的關係，來估算這個深度的水壓。
| 用符號表示 | P ＝ P0 ＋ ρ × g × h |
| 用文字表示 | 水壓 ＝ 大氣壓 ＋ 海水密度 × 重力加速度 × 深度 |
| 公式從何而來 | 這是靜水壓公式：正上方海水的重量，直接轉化為壓力。 |
| 符號意義 | P是水壓，P0是海面的大氣壓，ρ是海水密度（每立方公尺約1025公斤），g是重力加速度（每秒每秒9.8公尺），h是深度（公尺） |
水壓（大氣壓） ≒ 1 ＋ 深度（m）÷ 10
| 基準的1大氣壓 | 海面（深度0m）的大氣壓力 |
| 每10m深度的增加量 | 用上面的公式計算ρ × g × 10，大約等於1大氣壓 |
| 深度÷10 | 2500 ÷ 10 ＝ 250 |
| 水壓（大氣壓） | 1 ＋ 250 ＝ 251 |
| 結果 | 約251大氣壓 |
251大氣壓，接近每1平方公分承受約251公斤的重量。據信即使在這麼強的水壓之下，進行化學合成的細菌與和牠們共生的生物，仍然過得好好的。也就是說，牠們同時適應了極端黑暗與極端高壓這雙重嚴苛的環境。
高中＋硫化氫的氧化反應
一般認為，進行化學合成的細菌，大多是透過讓硫化氫（H₂S）與氧反應，轉化為硫或硫酸根離子的過程來取得能量。接著利用釋放出的能量，進行由二氧化碳合成糖類等有機物的反應。光合作用利用光能，稱為「光獨立營養」；相對地，這種利用化學能的方式，稱為「化學合成獨立營養」。
大學深海生物學探討的共生與代謝詳細機制
在深海生物學、地球化學領域，研究者正詳細研究管蟲體內器官（營養體，trophosome）中細菌的代謝路徑，以及與宿主之間的物質交換。硫化氫對生物來說原本是毒性很強的物質，但也有一種看法認為，宿主一方擁有能用特殊蛋白質安全運送硫化氫的機制。
研究目前尚未釐清的部分
- 生命的起源本身，是否就是從熱泉口這類環境中誕生的，這個假說（熱泉口起源說）至今仍是生命科學領域持續研究的重大主題之一。
- 木星的衛星歐羅巴（Europa）、土星的衛星恩克拉多斯（Enceladus）等，地外冰質天體內部的海洋中，是否也存在類似的熱泉環境與生命，這在天文學、太空生物學領域正在討論之中。
- 管蟲與細菌的共生關係究竟是在演化的哪個階段、如何形成的，相關研究也仍在進行中。
即使是深海黑暗中一個小小的生態系，也蘊藏著地球化學與生命科學交會、至今仍在持續研究的豐富主題。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應位置 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・生物間的關聯 | 熱泉口、化學合成、共生等基本用語 |
| 高中 | 生物基礎・水壓（延伸） | 深度與水壓的計算 |
| 高中＋ | 生物・獨立營養（延伸） | 硫化氫的氧化反應與能量 |
| 大學 | 深海生物學・地球化學 | 營養體的代謝、硫化氫的運送 |
| 研究 | 生命科學・太空生物學（研究中） | 生命起源的熱泉口說、地外海洋中的生命探索 |
- 深海生物學相關教科書中，關於熱泉口生態系與化學合成的解說。
- 地球化學相關資料中，關於硫化氫氧化反應與能量代謝的解說。
- 太空生物學相關資料中，關於地外海洋天體生命存在可能性的解說。
※ 深度・水壓的數值，是為了幫助理解機制的參考值。實際熱泉口的深度與水壓，據信會依地點而有所差異。
※本文為大眾科普解說。文中數值為幫助理解機制的概算・參考值。實際數值可能因地點與條件而有所不同。