最近，在太平洋西北部的深邃海溝中，由中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所主導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)利用“奮斗者”號載人潛水器，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人震撼的生命世界。

在深達(dá) 9533 米的極端深度（甚至高于珠穆朗瑪峰倒插入海的高度），繁茂的生命群落正在黑暗中悄然綻放。這些生命不依賴陽光，而是通過化學(xué)反應(yīng)獲取能量。它們的存在不僅改寫了我們對生命極限的認(rèn)知，更揭示了地球深部碳循環(huán)的驚人秘密。相關(guān)研究成果于 2025 年 7 月 30 日在《自然》雜志上發(fā)表。

目前最深的化能合成生態(tài)系統(tǒng)（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]）

國產(chǎn)利器探深淵：“奮斗者”號遠(yuǎn)征海溝

深淵，是海洋中 6000 米至 11000 米深度的極端環(huán)境，通常形成于地球板塊俯沖帶。這里壓力巨大，每平方厘米承受超過 1000 公斤的重量，溫度接近冰點(diǎn)，永恒的黑暗籠罩著一切。長期以來，科學(xué)家推測這些極端深度可能存在化能合成生態(tài)系統(tǒng)，但受限于深海探測技術(shù)，實(shí)際發(fā)現(xiàn)的案例寥寥無幾。

中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所的研究團(tuán)隊(duì)，在彭曉彤研究員的帶領(lǐng)下，開啟了一項(xiàng)雄心勃勃的深淵探索計(jì)劃。他們使用我國自主研發(fā)的“奮斗者”號全海深載人潛水器，對千島-堪察加海溝和阿留申海溝進(jìn)行了系統(tǒng)探查。這艘潛水器能夠下潛到海洋最深處，配備了先進(jìn)的觀測設(shè)備和采樣工具，使科學(xué)家具備了前所未有的深淵探索能力。

“我們對深淵生態(tài)系統(tǒng)的了解主要受限于現(xiàn)有深海技術(shù)的局限性。”彭曉彤解釋道，“而且，化能合成群落在深淵海溝中的分布呈斑塊狀，使得它們極難定位。傳統(tǒng)的觀測方法無法進(jìn)行高分辨率的海底調(diào)查。”

“奮斗者”號深潛器 動圖來源：央視新聞

深淵生命奇觀：

活躍的化能合成生態(tài)系統(tǒng)

在多次下潛探索中，研究團(tuán)隊(duì)在兩個(gè)海溝中發(fā)現(xiàn)了繁茂的化能合成生命群落。這些群落沿著海溝軸線與上覆板塊前緣的邊界分布，延伸超過 2500 公里，深度范圍從 5800 米到 9533 米不等。最深的發(fā)現(xiàn)地點(diǎn)位于千島-堪察加海溝的“臘梅谷”（Wintersweet Valley），深度達(dá) 9320 米。

在這個(gè)深度，研究人員看到了令人難以置信的景象：成千上萬的管狀蠕蟲從海底伸出，它們纖細(xì)的身軀在水流中輕輕搖曳。這些被稱為細(xì)帶管蟲（frenulate siboglinids）的生物，擁有 20 至 30 厘米長、約 1 毫米粗的管狀身體。最引人注目的是它們伸出的紅色觸須，這些觸須富含血紅蛋白，在深海的探照燈下呈現(xiàn)出鮮艷的紅色。

深海管狀蠕蟲群落（圖片來源：參考文獻(xiàn)[2]）

除了管狀蠕蟲，研究人員還發(fā)現(xiàn)了大量的雙殼類軟體動物。這些蒼白色的小型貝類緊貼在管狀蠕蟲的管壁上，有些甚至直接生活在蠕蟲的觸須附近。整個(gè)群落呈現(xiàn)出高度的空間組織性，不同物種之間形成了復(fù)雜的共生關(guān)系。

深海中的雙殼類軟體動物 動圖來源：央視新聞

獲取能量的奧秘：深海中的“化學(xué)廚房”

那么，這些生物生活在這種漆黑高壓的深淵中，它們是如何獲取能量的呢？

生存秘訣就在于它們獨(dú)特的能量獲取方式。與依賴光合作用的淺海生態(tài)系統(tǒng)不同，深淵化能合成群落利用的是地質(zhì)流體中的化學(xué)能。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，沿著沉積層中的斷層，富含硫化氫和甲烷的流體不斷從海底滲出。

“這就像是深海中的‘化學(xué)廚房'?！毖芯繄F(tuán)隊(duì)成員杜夢然形象地比喻，“化能合成微生物利用這些化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，釋放出的能量支撐起整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)?！?/p>

管狀蠕蟲體內(nèi)共生著大量的化能合成細(xì)菌。這些細(xì)菌能夠氧化硫化氫，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物質(zhì)，為宿主提供營養(yǎng)。這種共生關(guān)系如此緊密，以至于成年的管狀蠕蟲甚至沒有消化道——它們完全依賴體內(nèi)的共生細(xì)菌獲取營養(yǎng)。

通過同位素分析，研究人員發(fā)現(xiàn)這些甲烷并非來自地球深部的地質(zhì)過程，而是由沉積層中的微生物活動產(chǎn)生的。這些微生物將沉積有機(jī)質(zhì)分解產(chǎn)生的二氧化碳還原成甲烷，這個(gè)過程被稱為“生物成因甲烷生成”。

怪異的深海生物 動圖來源：央視新聞

深部生物圈：

深海甲烷儲庫與碳循環(huán)新認(rèn)知

這一發(fā)現(xiàn)的重大意義在于，它揭示了深淵海底之下存在著一個(gè)活躍的深部生物圈。在數(shù)千米厚的沉積層中，微生物群落正在進(jìn)行著大規(guī)模的碳轉(zhuǎn)化過程。它們將從海洋表層沉降下來的有機(jī)碳轉(zhuǎn)化為甲烷，并可能以天然氣水合物（即“可燃冰”，一種冰狀的甲烷-水化合物）的形式儲存起來。

“我們的研究表明，深淵沉積物中可能存在著巨大的甲烷儲庫?！迸頃酝f，“這不僅改變了我們對深海碳循環(huán)的理解，也可能對全球碳收支產(chǎn)生重要影響?！?/p>

研究團(tuán)隊(duì)估計(jì)，在適宜的溫度和壓力條件下，深淵海底可能儲存著大量的甲烷水合物。這些“可燃冰”不僅是潛在的能源資源，更是地球碳循環(huán)的重要組成部分。它們的形成和分解可能對海洋化學(xué)環(huán)境和全球氣候產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

深海冷泉（cold seep）示意圖（指海底的一種特殊地質(zhì)環(huán)境，在那里，富含甲烷、硫化氫等還原性物質(zhì)的流體從海底地層中滲出，但不像熱液噴口那樣高溫，因此稱為“冷泉”）（動圖來源：參考文獻(xiàn)[1]）

化能生命走廊假說：

挑戰(zhàn)傳統(tǒng)深淵生態(tài)系統(tǒng)認(rèn)知

基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)提出了一個(gè)大膽的“化能生命走廊”假說。他們認(rèn)為，化能合成生態(tài)系統(tǒng)可能在全球范圍內(nèi)沿著構(gòu)造活躍、有機(jī)質(zhì)豐富的深淵海溝形成一條連續(xù)的生命帶。

這個(gè)假說挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的深淵生態(tài)學(xué)觀點(diǎn)。長期以來，科學(xué)家認(rèn)為深淵生態(tài)系統(tǒng)主要依靠從海洋表層沉降的有機(jī)顆粒物和動物尸體維持。但新的發(fā)現(xiàn)表明，化能合成可能是深淵生態(tài)系統(tǒng)的重要能量來源，甚至可能是主導(dǎo)性的。

“如果這個(gè)假說得到證實(shí)，那么地球上可能存在著一個(gè)我們此前完全不了解的巨大生態(tài)系統(tǒng)。”研究團(tuán)隊(duì)成員說，“這個(gè)系統(tǒng)獨(dú)立于陽光，完全依靠地球內(nèi)部的化學(xué)能量維持。”

生命演化的新視角：

深淵生物的獨(dú)特適應(yīng)機(jī)制

深淵化能合成群落的發(fā)現(xiàn)也為生命演化研究提供了新的視角。在極端的高壓環(huán)境下，這些生物發(fā)展出了獨(dú)特的適應(yīng)機(jī)制。例如，深淵管狀蠕蟲的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)必須能夠在巨大壓力下保持穩(wěn)定，它們的細(xì)胞膜必須能夠在低溫高壓條件下維持正常的物質(zhì)交換。

更有趣的是，這些深淵生物可能保留了早期地球生命的某些特征。在地球早期歷史中，當(dāng)大氣中還沒有充足的氧氣時(shí)，化能合成可能是生命的主要能量來源。深淵化能合成群落可能是這種古老生命形式的現(xiàn)代遺存。

研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在這些群落中發(fā)現(xiàn)了多個(gè)新物種，包括新的管狀蠕蟲種類和雙殼類軟體動物。隨著研究的深入，可能還會發(fā)現(xiàn)更多未知的生命形式，以及全新的生物化學(xué)途徑和極端環(huán)境適應(yīng)機(jī)制。

“奮斗者”號：技術(shù)創(chuàng)新推動科學(xué)發(fā)現(xiàn)

這項(xiàng)研究的成功離不開技術(shù)創(chuàng)新的支撐?！皧^斗者”號載人潛水器的研發(fā)使中國成為少數(shù)幾個(gè)擁有全海深探測能力的國家之一。這艘潛水器不僅能夠到達(dá)海洋最深處，還配備了高清攝像系統(tǒng)、機(jī)械臂、各種傳感器和采樣設(shè)備。

在深淵探測中，每一次下潛都是對技術(shù)和人員的嚴(yán)峻考驗(yàn)。潛水器需要承受超過 1100 個(gè)大氣壓的壓力，相當(dāng)于每平方厘米承受 1.1 噸的重量。同時(shí)，還要在接近冰點(diǎn)的溫度和完全黑暗的環(huán)境中精確操作。

“最激動人心的時(shí)刻是在九千米深度發(fā)現(xiàn)化能合成群落?！眳⑴c下潛的科學(xué)家回憶道，“當(dāng)探照燈照亮海底，看到那些在極端環(huán)境中繁茂生長的生命時(shí)，我們都被深深震撼了。這是對生命頑強(qiáng)力量的最好詮釋。”

未來展望：在保護(hù)中持續(xù)探索

這項(xiàng)研究是“全球深淵探索計(jì)劃”（GHEP）的重要組成部分。這個(gè)為期十年的國際科研計(jì)劃由中國科學(xué)院深海所主導(dǎo)，旨在系統(tǒng)探索全球深淵環(huán)境，揭開地球最后未知領(lǐng)域的神秘面紗。

研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在未來繼續(xù)探索其他深淵海溝，以驗(yàn)證“化能生命走廊”假說。他們還將深入研究深部微生物群落的組成和功能，探討甲烷生成的具體機(jī)制，評估深淵甲烷儲庫對全球碳循環(huán)的影響。

“我們的下一步包括對全球深淵海溝的進(jìn)一步探索，以檢驗(yàn)我們的化能合成生命走廊理論，并調(diào)查參與甲烷生產(chǎn)的深部地下微生物群落?！迸頃酝f，“這些研究將幫助我們闡明相關(guān)過程，以及這些生態(tài)系統(tǒng)影響全球碳循環(huán)的潛力?！?/p>

然而，研究也面臨著諸多挑戰(zhàn)。目前的評估表明，甲烷水合物可能存在于深層沉積地層中，但要確認(rèn)這一理論需要進(jìn)行有針對性的取芯和鉆探作業(yè)。此外，甲烷生產(chǎn)的確切機(jī)制以及這些滲漏對碳循環(huán)的完整生物地球化學(xué)影響仍有待充分理解。

此外，深淵保護(hù)也迫在眉睫。隨著深海資源開發(fā)技術(shù)的進(jìn)步，深淵環(huán)境面臨著越來越大的人類活動壓力。深海采礦、深海捕撈等活動可能對這些脆弱的生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的破壞。而我們對深淵生態(tài)系統(tǒng)的了解還非常有限。

“我們發(fā)現(xiàn)的每一個(gè)深淵化能合成群落都可能是獨(dú)特的，擁有特有的物種組成和生態(tài)功能?！毖芯咳藛T強(qiáng)調(diào)，“在我們充分了解這些生態(tài)系統(tǒng)之前，任何大規(guī)模的開發(fā)活動都可能造成無法挽回的損失?！?/p>

國際社會需要加強(qiáng)合作，制定深淵保護(hù)的法律框架和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，也需要繼續(xù)支持深淵科學(xué)研究，增進(jìn)對這個(gè)地球最后前沿的認(rèn)識和理解。

深淵啟示：

極端環(huán)境中閃耀的生命之光

深淵化能合成群落的發(fā)現(xiàn)再次證明了生命的頑強(qiáng)和多樣性。在我們認(rèn)為不可能存在生命的極端環(huán)境中，生命找到了獨(dú)特的生存之道。這不僅拓展了我們對地球生命的認(rèn)識，也為尋找地外生命提供了新的思路。

在太陽系的其他天體上，如木衛(wèi)二和土衛(wèi)二的地下海洋中，可能存在類似的化學(xué)能量來源。如果生命能夠在地球深淵的極端條件下繁衍生息，那么在其他星球的類似環(huán)境中，生命也可能找到立足之地。

從九千米的深淵到浩瀚的宇宙，生命的探索永無止境。每一次突破認(rèn)知邊界的發(fā)現(xiàn)，都讓我們對生命的理解更加深刻，對自然的敬畏之情更加深厚。深淵化能合成群落的發(fā)現(xiàn)，不僅是科學(xué)的勝利，更是人類探索精神的體現(xiàn)。在地球最深邃、最黑暗的角落，生命之光依然璀璨，這或許是大自然給予我們最珍貴的啟示。

參考文獻(xiàn)

[1]Peng, Xiaotong, et al. “Flourishing chemosynthetic life at the greatest depths of hadal trenches.” Nature (2025): 1-7.

策劃制作

出品丨科普中國

作者丨郭菲 煙臺大學(xué)

監(jiān)制丨中國科普博覽

責(zé)編丨張一諾

審校丨徐來、張林林

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