海洋深海海沟蕴藏着“令人难以置信的”生物多样性

科学家们开始深海之旅时已是傍晚。随着中国潜水器“奋斗者”号不断下潜，上海交通大学的嗜极微生物学家赵伟书瞥见了发光​​生物，它们在深不可测的黑暗中发出绿色、黄色和橙色的光芒。到达 10,000 多米深的海底后，团队打开潜水器灯，露出了“深邃而神秘的蓝色”，其中充满了漂浮的浮游生物。“那一刻，”赵伟书说，“我立刻意识到，深海 一定是一个比我们想象的更加繁荣的栖息地。”

太平洋马里亚纳海沟是世界上最深的海沟，长期以来一直让科学家和探险家着迷。最近探索该海沟的人之一是电影导演詹姆斯·卡梅隆，他在 2012 年乘坐狭窄的单人潜水器到达了海沟内一个狭长形的山谷，称为挑战者深渊，距离海平面近 11,000 米，是地球上最深处。其他探险队已经绘制了该海沟奇特的地形图。现在，在今天发表在《细胞》杂志上的三篇论文中，科学家们正在聚焦居住在这个神秘环境中的奇怪而奇妙的生物。

“这些研究共同推动了深海生物学的发展，”利哈伊大学分子生态学家圣地亚哥·埃雷拉 (Santiago Herrera) 表示，他没有参与这项新研究。这三篇论文都是马里亚纳海沟环境与生态研究 (MEER) 项目的一部分，它们揭示了地球上最未开发的栖息地之一：深海带，位于 6000 至 11,000 米深的海沟内。那里的压力、黑暗和寒冷的温度对生命不利——足以阻碍大多数探险活动。

在这项新项目中，研究人员使用了“奋斗者”号深海潜水器。加州大学圣地亚哥分校的深海微生物学家道格拉斯·巴特利特称其为“工程奇迹”。 （相比之下，美国的“阿尔文”号深海潜水器可以下潜至 6500 米深。）该潜水器可搭载三人到达海洋最深处，配备一对机械臂和一个采样篮，一次下潜即可采集数百个样本。 2021 年 8 月至 11 月期间，“奋斗者”号在马里亚纳海沟及其邻近地区进行了数十次下潜，带回了充满微生物的沉积物、鱼类和微小的虾状甲壳类动物（称为片足类）的样本。

“我们发现了令人难以置信的多样性”，巴特利特表示，他指的是一项新研究，该研究在马里亚纳海沟发现了 7000 多种新微生物物种，其中 89% 都是科学上新发现的。华大基因研究院生物学家、这项研究的共同作者莫韩表示，微生物已经进化出独特的策略，以在光照和营养都稀缺的深渊区生存。基因分析显示，一些微生物拥有小型、高效的基因组，专门用于一些重要功能，而另一些微生物拥有更大、更灵活的基因组，使它们能够应对不断变化的环境条件。一些物种拥有的基因使它们能够消耗难以降解的物质，如一氧化碳——在食物来源很少的环境中，这是一种优势。“生命不止找到一种方法”，韩说。

图:中国潜水器“奋斗者”配备了一对机械臂和一个篮子，一次下潜就能采集数百个样本。(上海交通大学)

在第二项研究中，研究人员报告称，片足类动物可能通过与深海细菌形成共生关系来适应这种极端环境，这使它们成为深海带最丰富的居民之一，这项研究的共同作者、华大基因研究员刘珊珊说。对甲壳类动物肠道内容物的分析显示，嗜冷菌细菌含量很高，研究小组怀疑这些细菌可能有助于产生一种名为氧化三甲胺的化合物。这种物质存在于许多深海生物中，可维持体内液体平衡，并有助于抵御高压的破坏性影响。

第三项研究发现，生活在深海 3 公里或更深处的鱼类都存在一种基因突变，这种突变使它们的细胞能够更有效地将基因转录成必需蛋白质，帮助它们快速应对压力、寒冷和黑暗带来的压力。通过研究 11 个物种的基因组，研究人员还能够确定某些谱系何时首次定居深海。例如，鳗鱼可能在大约 1 亿年前进入深海，避免了 6500 万年前的大规模灭绝事件，该事件导致恐龙和许多生活在较浅水域的海洋生物灭绝。与此同时，蜗牛鱼可能在大约 2000 万年前进入深海海沟，可能与地壳剧变时期相吻合。这项研究的共同作者、华大基因研究员岳宋说，在温度和氧气剧烈波动导致的环境变化期间，深海可能充当了“生态避难所”。

除了揭示深海带繁荣的生态系统外，研究人员还目睹了令人不安的人类活动迹象。赵教授解释说，在潜水过程中，团队在另一个海底裂缝雅浦海沟的最深处发现了塑料袋、啤酒瓶和汽水罐，甚至还有一个几乎完好无损的洗衣篮。“这让我们深感震惊，”赵教授说。但他们还发现，深海微生物似乎有分解污染物并利用它们来获取能量的本领，她说，这表明这些生物“可能为当前人类的环境污染问题提供新的解决方案”。

未来，MEER 团队计划调查世界各地的其他深海海沟，并可能发现地球生命起源的线索。“全球 80% 的深海带对我们来说仍是个谜，”华大基因研究员梁孟说，“在这个未知的生物圈中，可能还有更多非凡的生命形式有待发现。”

来源：https://www.science.org/content/article/oceans-deepest-trenches-are-home-incredible-diversity