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近日，崂山实验室在深海原位探测技术领域取得重要突破。研究团队成功利用研制的柔性表面增强拉曼传感器基底和原位换装装置，首次实现了在深海极端环境微生物代谢中间物质-氰化物的原位探测。这一突破为获取深海痕量过程产物的第一手原位数据打开了全新窗口，特别是为深入理解碳、氮、硫元素在深海冷泉生态系统中的生成与运移机制提供了宝贵的原位实测手段。
深海冷泉与热液系统是地球深部与海洋之间物质交换的关键窗口，释放的流体中富含甲烷、硫化氢及多种溶解气体。这些过程往往伴随着复杂的碳-氮-硫耦合循环，为化能合成生态系统提供了独特的物质基础。其中，氮素获取是深海微生物生存的核心挑战之一：尽管环境中氮气充足，但其三键结构使其活化需要消耗大量能量。长期以来，学界推测深海极端微生物可能通过非常规途径实现氮素同化，但由于传统采样与分析过程中群落结构极易发生扰动，难以在原位条件下验证这一假说。
针对上述瓶颈，崂山实验室张鑫团队联合中国科学院烟台海岸带研究所陈令新、中国科学院海洋研究所栾振东团队，历经多年攻关，成功研发了深海原位表面增强拉曼传感器。配合自主研发的自动揭膜定位机构，该传感器可在单次下潜中携带100余片基底，实现对同一微区的连续多点原位探测。基于这一硬件平台，研究团队搭载“蛟龙”号在我国南海海马冷泉开展了原位探测，首次在约1200—1500米水深的站点直接捕获到氰基分子特征信号，证实冷泉活跃生物区存在较高含量的氰化物。空间分辨分析进一步显示，远离微生物席后氰基信号基本消失，表明氰化物在群落内部被快速消耗而非向外扩散。结合古菌固氮酶的底物宽容性及相关基因簇的完整性，研究提出了一种全新的氰化物“循环货币”模型：微生物将氰化物作为氮素同化的“半成品”，绕过从头活化氮气的高能耗路径，显著降低了固氮过程的能量门槛（图1）。这一发现将氰化物从传统认知中的“代谢毒素”重新定义为深海碳氮硫循环中的关键中间体。
上述研究成果发表于国际权威期刊Science Advances，标志着我国在深海原位光谱探测领域从“能不能看到”向“能不能定量、能不能讲清过程”迈出了关键一步。该技术突破不仅为深海极端环境的原位生物地球化学过程研究提供全新工具，也为理解早期地球乃至地外冰卫星（如土卫二、木卫二）上可能存在的类似化能合成生命体系提供了重要参考。
图1 基于氰化物相关的冷泉区碳、
氮和硫循环的概念模型
文章链接：Siyu Wang, Tingting Zhao, Wanying He, Fei Li, Zhicheng Wang, Ruhao Pan, Lianfu Li, Shichuan Xi, Zhendong Luan, Zhiyang Zhang, Bowei Li*, Lingxin Chen*, Xin Zhang*. In situ deep-sea surface-enhanced Raman scattering sensor reveals cyanide as a key factor in cold seep nitrogen cycling. (2026) Science Advances, 12 (33): aef5836.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef5836
信息来源：崂山实验室。
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