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最近，在太平洋西北部的深邃海沟中，由中国科学院深海科学与工程研究所主导的国际研究团队利用"奋斗者"号载人潜水器，发现了一个令人震撼的生命世界。
在深达 9533 米的极端深度（甚至高于珠穆朗玛峰倒插入海的高度），繁茂的生命群落正在黑暗中悄然绽放。这些生命不依赖阳光，而是通过化学反应获取能量。它们的存在不仅改写了我们对生命极限的认知，更揭示了地球深部碳循环的惊人秘密。相关研究成果于 2025 年 7 月 30 日在《自然》杂志上发表。
目前最深的化能合成生态系统（图片来源：参考文献 [ 1 ] ）
国产利器探深渊："奋斗者"号远征海沟
深渊，是海洋中 6000 米至 11000 米深度的极端环境，通常形成于地球板块俯冲带。这里压力巨大，每平方厘米承受超过 1000 公斤的重量，温度接近冰点，永恒的黑暗笼罩着一切。长期以来，科学家推测这些极端深度可能存在化能合成生态系统，但受限于深海探测技术，实际发现的案例寥寥无几。
中国科学院深海科学与工程研究所的研究团队，在彭晓彤研究员的带领下，开启了一项雄心勃勃的深渊探索计划。他们使用我国自主研发的"奋斗者"号全海深载人潜水器，对千岛 - 堪察加海沟和阿留申海沟进行了系统探查。这艘潜水器能够下潜到海洋最深处，配备了先进的观测设备和采样工具，使科学家具备了前所未有的深渊探索能力。
"我们对深渊生态系统的了解主要受限于现有深海技术的局限性。"彭晓彤解释道，"而且，化能合成群落在深渊海沟中的分布呈斑块状，使得它们极难定位。传统的观测方法无法进行高分辨率的海底调查。"
"奋斗者"号深潜器 动图来源：央视新闻
深渊生命奇观：
活跃的化能合成生态系统
在多次下潜探索中，研究团队在两个海沟中发现了繁茂的化能合成生命群落。这些群落沿着海沟轴线与上覆板块前缘的边界分布，延伸超过 2500 公里，深度范围从 5800 米到 9533 米不等。最深的发现地点位于千岛 - 堪察加海沟的"腊梅谷"（Wintersweet Valley），深度达 9320 米。
在这个深度，研究人员看到了令人难以置信的景象：成千上万的管状蠕虫从海底伸出，它们纤细的身躯在水流中轻轻摇曳。这些被称为细带管虫（frenulate siboglinids）的生物，拥有 20 至 30 厘米长、约 1 毫米粗的管状身体。最引人注目的是它们伸出的红色触须，这些触须富含血红蛋白，在深海的探照灯下呈现出鲜艳的红色。
深海管状蠕虫群落（图片来源：参考文献 [ 2 ] ）
除了管状蠕虫，研究人员还发现了大量的双壳类软体动物。这些苍白色的小型贝类紧贴在管状蠕虫的管壁上，有些甚至直接生活在蠕虫的触须附近。整个群落呈现出高度的空间组织性，不同物种之间形成了复杂的共生关系。
深海中的双壳类软体动物 动图来源：央视新闻
获取能量的奥秘：深海中的"化学厨房"
那么，这些生物生活在这种漆黑高压的深渊中，它们是如何获取能量的呢？
生存秘诀就在于它们独特的能量获取方式。与依赖光合作用的浅海生态系统不同，深渊化能合成群落利用的是地质流体中的化学能。研究团队发现，沿着沉积层中的断层，富含硫化氢和甲烷的流体不断从海底渗出。
"这就像是深海中的‘化学厨房 '。"研究团队成员杜梦然形象地比喻，"化能合成微生物利用这些化学物质进行氧化还原反应，释放出的能量支撑起整个生态系统。"
管状蠕虫体内共生着大量的化能合成细菌。这些细菌能够氧化硫化氢，将化学能转化为有机物质，为宿主提供营养。这种共生关系如此紧密，以至于成年的管状蠕虫甚至没有消化道——它们完全依赖体内的共生细菌获取营养。
通过同位素分析，研究人员发现这些甲烷并非来自地球深部的地质过程，而是由沉积层中的微生物活动产生的。这些微生物将沉积有机质分解产生的二氧化碳还原成甲烷，这个过程被称为"生物成因甲烷生成"。
怪异的深海生物 动图来源：央视新闻
深部生物圈：
深海甲烷储库与碳循环新认知
这一发现的重大意义在于，它揭示了深渊海底之下存在着一个活跃的深部生物圈。在数千米厚的沉积层中，微生物群落正在进行着大规模的碳转化过程。它们将从海洋表层沉降下来的有机碳转化为甲烷，并可能以天然气水合物（即"可燃冰"，一种冰状的甲烷 - 水化合物）的形式储存起来。
"我们的研究表明，深渊沉积物中可能存在着巨大的甲烷储库。"彭晓彤说，"这不仅改变了我们对深海碳循环的理解，也可能对全球碳收支产生重要影响。"
研究团队估计，在适宜的温度和压力条件下，深渊海底可能储存着大量的甲烷水合物。这些"可燃冰"不仅是潜在的能源资源，更是地球碳循环的重要组成部分。它们的形成和分解可能对海洋化学环境和全球气候产生深远影响。
深海冷泉（cold seep）示意图（指海底的一种特殊地质环境，在那里，富含甲烷、硫化氢等还原性物质的流体从海底地层中渗出，但不像热液喷口那样高温，因此称为"冷泉"）（动图来源：参考文献 [ 1 ] ）
化能生命走廊假说：
挑战传统深渊生态系统认知
基于这些发现，研究团队提出了一个大胆的"化能生命走廊"假说。他们认为，化能合成生态系统可能在全球范围内沿着构造活跃、有机质丰富的深渊海沟形成一条连续的生命带。
这个假说挑战了传统的深渊生态学观点。长期以来，科学家认为深渊生态系统主要依靠从海洋表层沉降的有机颗粒物和动物尸体维持。但新的发现表明，化能合成可能是深渊生态系统的重要能量来源，甚至可能是主导性的。
"如果这个假说得到证实，那么地球上可能存在着一个我们此前完全不了解的巨大生态系统。"研究团队成员说，"这个系统独立于阳光，完全依靠地球内部的化学能量维持。"
生命演化的新视角：
深渊生物的独特适应机制
深渊化能合成群落的发现也为生命演化研究提供了新的视角。在极端的高压环境下，这些生物发展出了独特的适应机制。例如，深渊管状蠕虫的蛋白质结构必须能够在巨大压力下保持稳定，它们的细胞膜必须能够在低温高压条件下维持正常的物质交换。
更有趣的是，这些深渊生物可能保留了早期地球生命的某些特征。在地球早期历史中，当大气中还没有充足的氧气时，化能合成可能是生命的主要能量来源。深渊化能合成群落可能是这种古老生命形式的现代遗存。
研究团队已经在这些群落中发现了多个新物种，包括新的管状蠕虫种类和双壳类软体动物。随着研究的深入，可能还会发现更多未知的生命形式，以及全新的生物化学途径和极端环境适应机制。
"奋斗者"号：技术创新推动科学发现
这项研究的成功离不开技术创新的支撑。"奋斗者"号载人潜水器的研发使中国成为少数几个拥有全海深探测能力的国家之一。这艘潜水器不仅能够到达海洋最深处，还配备了高清摄像系统、机械臂、各种传感器和采样设备。
在深渊探测中，每一次下潜都是对技术和人员的严峻考验。潜水器需要承受超过 1100 个大气压的压力，相当于每平方厘米承受 1.1 吨的重量。同时，还要在接近冰点的温度和完全黑暗的环境中精确操作。
"最激动人心的时刻是在九千米深度发现化能合成群落。"参与下潜的科学家回忆道，"当探照灯照亮海底，看到那些在极端环境中繁茂生长的生命时，我们都被深深震撼了。这是对生命顽强力量的最好诠释。"
未来展望：在保护中持续探索
这项研究是"全球深渊探索计划"（GHEP）的重要组成部分。这个为期十年的国际科研计划由中国科学院深海所主导，旨在系统探索全球深渊环境，揭开地球最后未知领域的神秘面纱。
研究团队计划在未来继续探索其他深渊海沟，以验证"化能生命走廊"假说。他们还将深入研究深部微生物群落的组成和功能，探讨甲烷生成的具体机制，评估深渊甲烷储库对全球碳循环的影响。
"我们的下一步包括对全球深渊海沟的进一步探索，以检验我们的化能合成生命走廊理论，并调查参与甲烷生产的深部地下微生物群落。"彭晓彤说，"这些研究将帮助我们阐明相关过程，以及这些生态系统影响全球碳循环的潜力。"
然而，研究也面临着诸多挑战。目前的评估表明，甲烷水合物可能存在于深层沉积地层中，但要确认这一理论需要进行有针对性的取芯和钻探作业。此外，甲烷生产的确切机制以及这些渗漏对碳循环的完整生物地球化学影响仍有待充分理解。
此外，深渊保护也迫在眉睫。随着深海资源开发技术的进步，深渊环境面临着越来越大的人类活动压力。深海采矿、深海捕捞等活动可能对这些脆弱的生态系统造成不可逆转的破坏。而我们对深渊生态系统的了解还非常有限。
"我们发现的每一个深渊化能合成群落都可能是独特的，拥有特有的物种组成和生态功能。"研究人员强调，"在我们充分了解这些生态系统之前，任何大规模的开发活动都可能造成无法挽回的损失。"
国际社会需要加强合作，制定深渊保护的法律框架和技术标准。同时，也需要继续支持深渊科学研究，增进对这个地球最后前沿的认识和理解。
深渊启示：
极端环境中闪耀的生命之光
深渊化能合成群落的发现再次证明了生命的顽强和多样性。在我们认为不可能存在生命的极端环境中，生命找到了独特的生存之道。这不仅拓展了我们对地球生命的认识，也为寻找地外生命提供了新的思路。
在太阳系的其他天体上，如木卫二和土卫二的地下海洋中，可能存在类似的化学能量来源。如果生命能够在地球深渊的极端条件下繁衍生息，那么在其他星球的类似环境中，生命也可能找到立足之地。
从九千米的深渊到浩瀚的宇宙，生命的探索永无止境。每一次突破认知边界的发现，都让我们对生命的理解更加深刻，对自然的敬畏之情更加深厚。深渊化能合成群落的发现，不仅是科学的胜利，更是人类探索精神的体现。在地球最深邃、最黑暗的角落，生命之光依然璀璨，这或许是大自然给予我们最珍贵的启示。
参考文献
[ 1 ] Peng, Xiaotong, et al. " Flourishing chemosynthetic life at the greatest depths of hadal trenches. " Nature ( 2025 ) : 1-7.
策划制作
出品丨科普中国
作者丨郭菲 烟台大学
监制丨中国科普博览
责编丨张一诺
审校丨徐来、张林林
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