她，我国首位载人深潜航次女性首席科学家，共一兼通讯发Nature！

我国科学家发现“吃”硫化氢和甲烷的最深海底生命群落

千米幽深的海沟一直被认为可能孕育以化学合成为基础的生命共同体，但由于极端压力、低温与漆黑环境令观测与取样举步维艰，过去四十多年里仅零星发现数个冷泉点位，且深度罕有突破 7 000 m。这不仅让人们对地球生物极限的认识停留在推测，也限制了海沟在全球碳循环中作用的量化，更掩盖了高压下微生物驱动甲烷生成与动物共生的潜在多样性。要在 9 000 m 以上的水深直接确认冷泉生态系的分布、规模与成因，被视为深海科学最具挑战的话题之一，而克服这一难题的关键，正是搭载万米级载人潜器对典型活动板块交汇海沟展开系统调查。

鉴于此，中国科学院深海科学与工程研究所彭晓彤研究员、杜梦然研究员（通讯兼共一，首位载人深潜航次女性首席科学家）与俄罗斯科学院 Vladimir V. Mordukhovich教授报告了在使用载人潜水器奋斗者号对千岛-堪察加海沟和西阿留申海沟进行探险期间 发现的地球上已知最深和最广泛的基于化学合成的生命群落。以 siboglinid Polychaeta 和 Bivalvia 为主导的群落跨越 2500 公里，深度从 5800 米到 9533 米。这些生命群落由富含硫化氢和富含甲烷的流体维持，这些流体沿着穿越海沟深层沉积物的断层输送，同位素分析表明，甲烷是由沉积的有机物通过微生物产生的。鉴于与其他深海海沟的地质相似性，此类基于化学合成的生物群落可能比此前预想的更为广泛。这些发现挑战了目前关于深海极端生命和碳循环的模型。相关研究成果以题为“Flourishing chemosynthetic life at the greatest depths of hadal trenches”发表在最新一期《nature》上。中国科学院深海科学与工程研究所党委书记彭晓彤为本文一作。

杜梦然，现任中国科学院深海科学与工程研究所深海科学研究部副主任、研究员。2025年5月29日，她，作为首位载人深潜航次女性首席科学家，登上CCTV-1《开讲啦》！她的科研之路，满是对深海探索的热忱与执着。80后的杜梦然，博士毕业后进入深海所，先后随“蛟龙”号、“深海勇士”号、“奋斗者”号载人潜水器深潜30余次，多项研究成果刊发国际一流学术期刊。

【研究区域的高精度多波束地形与潜水航迹】

千岛—堪察加海沟自北海道北上 2100 km，与阿留申海沟在“转换衔接带”相接，两条海沟共同组成一条长达 2900 km、最深达 9578 m 的 V 形俯冲体系（图 1）。橙色圆点标示 19 个观测到冷泉生物的下潜点，× 号则代表未见流体渗漏的对照站；此外，空心圆指出仅呈黑色沉积物的潜在渗漏位，显示隐伏冷泉规模远超已取样区。调查表明，密集冷泉生态场集中于海沟底部与增生楔基底交界的 9 500 ± 50 m 等深线上，并沿正断层暴露带呈 2 500 km 条带状分布。V 形地形“陷阱”效应使表层高生产力带来的有机颗粒与震源触发的重力流双重汇聚于沟底，而太平洋板块以 7 – 8 cm·a⁻¹ 的速率向西北俯冲（白箭头）导致沉积物被压入断裂带产生上升流，最终释放含 H₂S 与 CH₄ 的还原性流体。图中 200 km 比例尺与断裂走向共同提示，该区域冷泉连续性跨越多个纬度，其生态与地球化学意义远超先前局部观测结论 (图1) 。

图 1. 千岛-堪察加海沟和西阿留申海沟的地图

【代表性动物群】

最深的9533 m，管径1 mm、长可达30 cm的细管蠕虫（Siboglinidae）密布泥面，间或可见体长6.5 cm的游走多毛在管丛间穿梭（图2）。9 120 m的“Wintersweet Valley”一役，团队沿2 km潜行皆是红色含血红蛋白触手怒放的Lamellisabella与Polybrachia，两侧附生海蜗牛、螃蟹与海百合；而相距120 km的“Cotton Field”尚是生机勃勃，紧邻的“Dead Valley”却只剩覆着白色絮状物的枯管，暗示渗流已停（图2）。在< 7 000 m的转换区，景观骤变：23 cm巨型Abyssogena phaseoliformis蛤蜊高密度铺陈，多毛（Anobothrus sp.）与海葵间或点缀；而西阿留申6 630 m的“Blue Marsh”与“Icy River”则出现数十米雪状微生物垫，被管蠕虫环绕（图2）。最高测得群落密度达5813±1335Siboglinidaem⁻²、293±69Bivalviam⁻²，远超先前任何深海沟记录（图2）。

图 2. 千岛-堪察加海沟和阿留申海沟西部冷泉地点的代表性动物群

【化学起源】

支撑这座“化能都市”的能量如何生成与运输？甲烷–水相图模拟指出，在5662 m–9533 m所有站位，甲烷以溶解相和水合物相稳定存在，溶解度上限仅545 ppm（9500 m条件），而实际沉积物顶空测得可高达118882 ppm，说明深层仍有大量过饱和甲烷流体正沿断层渗出（图3）。稳定同位素图像将样本全部归入微生物CO₂还原区，排除热解与甲基型成因（图3）。孔隙水剖面展示典型的CH₄峰值与SO₄²⁻递减交叉，伴随H₂S、NH₄⁺、DIC及δ¹³C_DIC变化，印证甲烷厌氧氧化–硫酸盐还原耦合与沉积有机质成岩（图3）。此外，−17.29‰ ～ −26.89‰ δ¹³C的六水方解石(ikaite)标本揭示冷泉碳酸盐自生，也为高硫黑泥与甲烷逸出提供矿物指纹（图3）。

图 3. 深渊冷泉中甲烷的起源和阶段

【沟底来源流体】

综合地质剖面与地球化学证据，研究者提出“沟底来源流体”新模式：高初级生产和地震/滑坡将大量有机质输入沟底，于数百米深沉积物中在厌氧环境下微生物还原CO₂产甲烷；随太平洋板块俯冲挤压，富甲烷流体水平迁移至增生棱体前缘，再沿弯曲正断层等大型裂隙上涌出露，形成连续冷泉链，养育管蠕虫、双壳类与多毛等共生种群（图4）。这一模型与传统“棱体深部脱水–上升”截然不同，意味着海沟沉积层本身就是巨大甲烷库，将有机碳以水合物形式长期封存（图4）。

图 4. 深海沟冷泉的形成

【总结】

从生态学与地球化学两侧回望，本研究把哈达尔冷泉从稀有孤岛改写为广袤群岛：日、库里尔–堪察加、阿留申乃至更南沟系或已通过冷泉串联成深渊“网状绿洲”。化学能的持续输入不仅养育专性共生动物，还可能作为营养补贴辐射周边异养底栖群落，重塑我们对深海食物网的认知。与此同时，高压下甲烷水合物的存在与分解，将深海碳汇与气候反馈的讨论延伸至万米尺度。未来若能验证更多沟系的类似机制，并量化化能产出对全球碳循环的贡献，我人们或需在地球系统模型中正式纳入“哈达尔冷泉因子”，重新评估深海对气候变化的长期调控潜力。

来源：高分子科学前沿

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