海洋最深处探寻生命的奥秘

撰文｜刘浩东 张传伦（同济大学海洋地质国家重点实验室）田纪伟（中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室）

海洋最深处探寻生命的奥秘

撰文｜刘浩东 张传伦（同济大学海洋地质国家重点实验室）田纪伟（中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室）

队员在马里亚纳那海沟调查合影（中国海洋大学随船记者刘邦华拍摄）

位于北太平洋西部的马里亚纳海沟是地球上最深的海沟，全长约为2550千米，平均宽度约为70千米，其大部分区域水深超过8000米，最深处的斐查兹海渊深度约为11000米。作为地球上最深的海沟，科学家们尚未完全揭开它的神秘面纱，但已经窥探到马里亚纳海沟的迷人之处。

早在1960年，瑞士工程师雅克·皮卡尔和美国海军上校唐·沃尔什首次在马里亚纳海沟乘坐“的里雅斯特”号深海潜水器成功下潜到最深处。2012年3月，著名电影导演詹姆斯·卡梅隆独自乘坐“深海挑战者”号深潜器下潜至世界海洋的最深处——马里亚纳海沟的“挑战者深渊”底部，这是人类第二次探底马里亚纳海沟，并发现了68个新物种。在8000米以深的海域，依然有小型鱼虾在活动。在一片漆黑、压力高于800个大气压的环境下，钢制坦克都可以被压扁，这些生物是怎样做到自由自在生存的，真是令人不可思议。在马里亚纳海沟深处，能通过肉眼看到的生物毕竟凤毛麟角，然而肉眼看不到的微生物却是无处不在。

马里亚纳海沟发现的生物

取水器下潜（中国海洋大学随船记者刘邦华拍摄）

2015年12月，以中国海洋大学田纪伟教授为首席的考察队乘坐“东方红2”号科考船在马里亚纳海沟进行综合调查，并将每年持续进行对海沟的考察，称为“马拉松计划”。“中国队”在马里亚纳海沟的首航取得了令人振奋的成绩。中国科学家首次实现了在马里亚纳海沟8727米的深度采集了180升的原位海水。初步研究发现，马里亚纳海沟8000多米的深度微生物不仅数量多，而且异常活跃，在实验室条件下可培养的细菌种类比表层和浅层水域都要多，而且微生物的代谢活性也非常高。

拥有足够的水量才能对海沟深处的微生物进行深入的研究，比如除了研究海水中有哪些微生物以及有多少微生物之外，还可以通过宏基因组测序技术研究微生物的代谢方式。比如它们都吃些什么？在一片漆黑的高压环境下它们的生存机制是怎样的？通过培养技术可以知道微生物的生理特性，但是与尚无法在实验室培养的微生物相比，可培养的微生物只是九牛一毛，所以目前主要通过宏基因组测序的方式来推测那些未知微生物的代谢途径。

马里亚纳海沟发现的生物

在极端环境下生存的微生物对人类具有非常重要的潜在价值。科学家已经在热泉、极地等极端环境中发现某些微生物能够产生重要的化合物，比如抗生素和热聚合酶，它们具有很重要的药用价值和工业价值。海沟中的微生物尚处于待开发的阶段，目前国际上已经有科研团队开始研究这些微生物的实用价值。

更为重要的是，海沟中的微生物数量众多，它们对海水中有机碳的利用非常可观。这对于全球气候有重要的影响。生活在深海中的微生物有两类，一类降解大分子的有机物获取能量进行生命活动，这类微生物被称为异养微生物；另一类吸收溶解在海水中的无机物，比如铵盐、碳酸盐、碳酸氢盐等，利用这些无机物合成有机物获取能量进行生命活动，这类微生物被称为自养微生物。已经有国际科研团队发现马里亚纳海沟存储着大量的碳，而且这些碳大部分是通过微生物的转化后沉淀到海底。

此外，海洋微生物不仅对碳的转化非常重要，对氮循环的影响也非常重要，氮是构成蛋白质必不可少的元素，海洋中存在大量氨氧化微生物，尤其在大洋深处，这些微生物对氨氮的吸收利用非常可观。二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等气体是非常重要的温室气体，而海洋深处的微生物对这些气体吸收利用对它们在大气中的含量具有一定的调节作用。由此可见，海沟的微生物在全球海洋气候调节方面具有重要的作用。

“可上九天揽月，可下五洋捉鳖”的理想在当今时代正转变为现实。当我们的航天飞船顺利升空，“玉兔”号月球车成功登月，我们的“蛟龙”号也已经下海，“东方红2”号、“探索一”号科考船也相继去探索地球上最深的海沟，并且分别进行了微生物的原位富集培养实验，例如富集异养古菌、在万米深渊进行氮循环微生物原位培养的实验。当科学研究走向更远的太空，最深的大海，同样也走向更细致的深海微生物研究。很多未知的微生物依然在等待着科学家的探索，它们对环境的适应不断刷新我们对生命极限的认知。

“深海挑战者”号深潜器下潜至世界海洋的最深处，这是人类第二次探底马里亚纳海沟，并发现了68个新物种