9533米！这里有全球最深“化能生命”

来源：中国科学报

你能想象吗？在冰冷、高压的万米海沟深处，有一片繁荣的生命群落：密集的管虫伸展着血红色的触手，双壳类软体动物在海底沉积物上栖息，无数微生物围绕着它们形成复杂的生态系统。尤为惊人的是，支撑这片繁荣的能源并非阳光，而是来自地球深处的化学反应。

中国科学院深海科学与工程研究所（以下简称深海所）研究员彭晓彤领衔的国际合作团队，在西北太平洋的千岛-堪察加海沟和阿留申海沟深处——距离海面9533米的深渊中，发现了有记录以来最深的化能合成生态系统。近日，相关研究成果以论文与简报形式发表于《自然》。

深渊中的“自养王国”

在地形上，深渊是海底的凹陷区域，深度在6000米至近11000米之间，形成于板块俯冲作用。长期以来，理论认为化能合成群落在海沟中可能广泛存在，但实际发现的却寥寥无几。

“简单来说，化能合成生物群落就是‘化学能驱动的生物群落’。”彭晓彤在接受《中国科学报》采访时解释说，植物依靠光合作用合成有机物是一种自养方式，而深海里的化能生命则开启了另一条自养路径，利用海底流体中的化学物质进行化学反应获取能量，将二氧化碳等无机物转化为有机物，从而维持自身的生命活动，并支持整个生态群落的运转。

彭晓彤表示，在这个过程中，深渊微生物就像“隐形工厂”：一方面，持续降解沉积物中的有机质，并合成甲烷支撑化能合成生命；另一方面，甲烷在微生物的作用下再次被氧化，这一过程伴随硫酸根的还原，并产生硫化氢。硫化氢的氧化过程能为这些深渊化能合成生命提供能量来源。这一过程堪称“黑暗生产力”，在冰冷、无光的深渊海底支撑起生命绿洲。

据介绍，这类独特的化能合成生物群落，通常与海底热液、冷泉等流体活动紧密相关。20世纪70年代，科学家在东太平洋加拉帕戈斯洋脊的海底热液生态系统中发现此类生命系统后，在地球和生命科学领域掀起研究热潮，因为它颠覆了人类对生命存在形式的认知。

然而，科学家发现的化能合成生物群落大多是零散分布的，且主要分布在洋中脊、大陆坡和弧后盆地等区域。

现在，深海所的科学家与合作者首次在深渊极限深度中发现了大规模的化能合成群落，几乎覆盖了整个北太平洋的深海俯冲带，在海沟中绵延超过2500公里。这些群落以深海管状蠕虫和蛤类等双壳类软体动物为主，由富含硫化氢、甲烷的流体支撑。“俯冲挠曲形成的正断层为流体提供了运移通道，源源不断地向这些化能生物提供甲烷和硫化氢。”深海所副研究员高金尉说。

深海所副研究员高兆明表示，更令人惊喜的是，研究结果初步显示，深海管状蠕虫区别于高度依赖硫氧化细菌的深海种，其体内的甲烷氧化型共生菌占有很大比重；而深渊双壳贝类中有新奇的硝化型细菌。

“这是一个重大发现，令人兴奋！”美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的海洋生态和生物学家Lisa Levin认为，这项研究突破了此前关于化能合成生命生存极限的认知，揭示了深渊化能生物代谢途径和深渊适应机制的独特性，并指示深渊冷泉流体系统的复杂性，为未来研究奠定了基础。

意外之喜

“这次发现始于一次计划外的潜次，有点‘意外之喜’。”深海所研究员杜梦然告诉《中国科学报》。

2024年八九月，“探索一号”科考船载着“奋斗者”号深潜器，在西北太平洋执行航次任务。一次，当“奋斗者”号在堪察加海沟最深点的潜次任务接近结束时，杜梦然和下潜的队员决定“绕个路”，到上覆板块的坡上做不同地貌单元生物群落的对比。

出乎意料的是，他们看到了“像草一样密集生长”的管虫。当时，他们的第一反应是怀疑：管虫是冷泉环境的产物，而传统冷泉多在大陆架边缘发育，深渊怎么会有？更奇怪的是，他们没有在这里观察到在其他冷泉区常见的气泡喷逸。

后来，结合热力学分析，他们才确认这是一种全新的“静默冷泉”，不同于大陆边缘海域会“冒气泡”的冷泉。彭晓彤解释说，由于极高静水压力的原因，深渊冷泉甲烷要么以固态天然气水合物形式存在于沉积物中，要么以液态或溶解态形式存在于沉积物间隙水或海水中，在潜水器内用肉眼是观察不到喧闹、跳跃的气泡的，从而构成了别具一格的“静默冷泉”。

在深渊找到活动的流体和化能生命，是深渊科学家追寻的一个梦想。那次“意外”让科考人员意识到发现的重要性。他们紧急调整后续20多次潜次计划，聚焦于冷泉与化能生命群落规模的调查。

当时，北半球仍处于夏季，但高纬度地区气温、水温低，作业海域大雾频发，能见度极低，船长操船时甚至看不见船尾，潜器投放和回收难度极大。尽管如此，运维和下潜团队仍旧密切配合，通过一次次下潜完成拼图，确定化能合成群落在海沟中分布范围超过2500公里。

海底丰富的生物群落“激活”了科考队员的想象力，每一个潜次，看到不一样的生态群落景观，他们就为其起一个昵称：“腊梅园”“棉花田”“蛤蜊床”“蓝沼泽”……

“你看，像草一样生长的是棕色化能管虫，它们末端会生出血红色的触手。这些触手上面的‘小白点儿’是小白螺，它们不是化能生物，而是趴在管虫表面依靠它表层的有机质生存。”杜梦然指着“奋斗者”号在“腊梅园”拍摄的一张照片告诉记者。

“国际合作在此过程中至关重要。”彭晓彤说，正是得益于国际合作团队的跨学科背景，才能发现这一现象。同时，从去年年中取得发现到年底论文投稿历时仅半年，需要在短时间内整合多学科数据，靠的是顶层设计和多个国际团队分工协作、高效推进。

刷新深渊碳循环认知

国际科学界认为，这项研究不仅颠覆了过往人们关于极端深度生命潜力的传统认知，也颠覆了人们对深海碳循环的认知。

“我们的分析显示，深渊冷泉甲烷的碳和氢同位素值非常负——指示甲烷是微生物成因，是在微生物作用下由二氧化碳和氢气合成的。”杜梦然说，同时深渊中的甲烷储层可能封存了大量有机碳，并以天然气水合物的形式存在，形成了“隐藏的巨大碳库”，这同时挑战了深渊生态系统主要依赖表层海洋沉降的颗粒有机质和腐肉的传统观点。

深海所副研究员柳双权介绍说，研究团队还在深渊沉积物中发现了大量冰晶石，这种自生碳酸盐的形成可能是深渊无机碳埋藏的重要途径之一。该发现拓展了对深海无机碳储存机制的认识，为深渊海沟碳汇研究提供了新方向。

研究者表示，这些发现还暗示，化能合成生态系统在海沟中的分布可能比此前认为的广泛得多。他们就此提出，在全球构造活跃、富含有机质的海沟中可能存在着一条规模巨大的化能生命走廊。

“根据地质环境相似性推测，在全球多条深渊海沟中都可能存在类似的化能生命群落。”彭晓彤说。

这项研究是由深海所牵头、联合10余国的科研机构共同发起的“全球深渊探索计划”（GHEP）的一部分。“这项发现只是GHEP国际合作的开始。它更重要的意义在于提出了亟待回答的新问题——化能生命走廊是否存在？在超高压、低温的深渊环境中，化能生命的共生微生物与宿主如何相互作用？是否存在新的代谢途径？深渊甲烷储库的规模究竟有多大？深渊碳循环在全球碳循环中的作用如何？这些都值得深入研究。”杜梦然说。

今年底，深海所的科学家将与合作者奔赴智利海沟，逐步揭开这些问题的谜底。（记者 冯丽妃）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-025-09317-z

https://doi.org/10.1038/d41586-025-02380-6