利用新兴技术揭开深海生物神秘面纱

Ana ? s Marechal

哈尔滨工程大学研发的“悟空”号全海深AUV，创造了超万米深度下潜。图片｜搜狐新闻

1.深海平原位于海底5000米，环境极端，阳光无法到达，难以进行勘探。

2.新科技的发展，给深海探索带来了新的可能性。2020年，法国开发出了能潜至6000米深海的全自动潜水器，如此先进的设备世界上仅有4台。

3.海底勘测站也能为科研提供丰富的数据。勘测站既有有线的，也有全自动的。

4.未来科研的目标是加深人类对海底动植物的了解。毕竟，深海平原获得的样本中有高达90%的遗传物质来自未知生物。

5.水下5000米的深海平原，阳光无法到达，水温只有2℃，压强极大，可即使在如此极端的环境中，仍有鱼类、海参、海星、海胆、蠕虫等多种生物繁衍生息。不过，由于海面生成的有机物只有1%能到达深海，可供生命汲取的养分十分稀缺，每个物种的种群数量很少。为什么生存条件恶劣的深海有如此丰富的生物多样性？这一问题至今尚无人能解答。

在荒漠般的深海，也有一片片的“绿洲”——海底峡谷、山峦、热泉都能孕育生命。海底热泉附近的环境条件尤为特殊：水温高达上百摄氏度、酸性高、溶解的氧气少，但甲烷和硫化氢含量却不低。水中的细菌会将这些化合物氧化，产生能量和有机物，供海底动物利用。海底热泉周围发现的动物种类和数量特别多，有巨型贻贝、巨型管虫、毛腹足动物，还有成群的虾。

人类探索深海的历史有多久？

深海探索的历史，要从首次深海载人下潜说起。1969年，法国海洋开发研究院的潜水器“西安纳”号启航深海。1977年，人类首次发现海底热泉。1984年，法国研发出了能下潜至6000米的“鹦鹉螺”号潜水艇，代表着深海探索史上的重大突破。勘探海底不为人知的秘境，载人潜水器如今仍然是最主要的工具。

现在，科学家们还拥有了一项新型武器——无人潜水艇。最早的遥控潜水器（ROV）于21世纪初问世，需要有一条线缆与水面上的船只连接，由操作员远程控制。不过如今已有了全自动潜水器（AUV）。2020年，法国开发出了能潜至6000米深海的AUV，如此先进的设备世界上仅有4台，能对海底进行大面积的影像拍摄和地图绘制。未来，法国海洋开发研究院将在AUV上安装海底生物幼虫收集器，因为对于深海生物的各种生命周期，科学家最缺乏了解的就是幼虫阶段。

新设备是否加深了人类对深海的认识？

深海生物，尤其是生活在海底热泉的生物，早已适应了极端的生存条件，高压、高温、酸性、富含有毒硫化氢的海水对它们而言“不在话下”。化工、制药、食品加工等许多与生物技术相关的行业都对这些生物分泌的化学物质十分感兴趣。比如，有些蠕虫能分泌具有抗生素作用的化合物。还有一些深海细菌能通过发酵产生氢气，在未来的能源转型中或许能派上大用场。

的确，过去10年，海底勘測站收集的数据给科学家带来了很大的帮助。这些勘测站是安装在海床上的永久设施，分为两类。第一类是全自动勘测站，靠电池供能，需要每年定期维护、提取数据。第二类是有线勘测站，成本高昂，但是可以实时传输数据。在东太平洋、北大西洋亚速尔群岛海底的勘测站安装在热泉附近 ，能持续对海底生物进行拍摄，并收集各类环境参数。

海底勘测站由于能进行不间断的数据采集，能揭示海底生态系统的神秘机理，比普通的科考勘探项目优越许多，代表着海洋科学的一大进步。勘测站发现，亚速尔群岛海底热泉附近的贻贝群体历经10余年仍保持着惊人的稳定性，还反映了潮汐对深海生态系统的影响规律。

环境DNA分析，指对生物体在环境中留下的残余DNA进行分析和物种辨别。这一手段在海洋研究中似乎使用率越来越高了？

几年前，法国海洋开发研究院的深海平原探测项目率先采取了环境DNA分析手段研究深海生物，统计深海生物种类。最终统计出的物种数量远超先前仅靠观测得出的结果。但深海温度低，有利于DNA的保存，这使研究人员无法判断采集的DNA究竟来自现存的生物，还是遗骸残渣。

环境DNA分析的另一个局限性在于，由于人类对深海生物本来就知之甚少，采集的部分DNA无法与已知物种“对号入座”——深海平原获得的样本中约有90%的遗传物质来自未知生物。国际生物DNA条形码项目正努力扩大人类已知物种的DNA库，以期克服这一难关。

既然人类对深海生物几乎一无所知，该如何判断深海采矿可能会造成的环境影响？

我们对深海采矿可能造成的环境影响了解不足。最主要的未知数是采矿影响的区域范围大小。采矿的扬尘会在垂直方向扩散，最终沉积到海底，但扩散得多远则不得而知。此外，如前文所述，深海平原是许多稀有物种的栖息地，它们的种群数量极少，且发育周期尚不为人类所知。因此，无法判断它们的种群再生能力以及在生态系统中扮演的角色。它们完全有可能因采矿活动而灭绝。

深海的生态系统是非常独特的，极端的环境孕育着丰富的生物资源。

在富含多金属结核物的克拉里昂—克里帕顿断裂带，比利时的全球海洋矿物资源公司进行了一次矿产试开采，如今正在通过MiningImpact项目评估开采活动对环境产生的影响。但是判断在数千平方公里范围内大规模采矿引发的长期影响，现在尚无法实现。

不过，深海的总生物量并不大，即使被采矿活动危及，也不会扰乱碳循环等宏观生物地球化学循环。最终，碳物质仍会沉淀到海底，被细菌分解，而我们已知采矿不会对细菌群体造成长期性的破坏。既然如此，保护生物多样性是否有某种内在价值呢？这是未来需要我们思考的问题。

深海生物资源关乎人类未来

按理说没有人去水下3500米以下的地方生活，因为这个深度面临极端的生存条件。由于上面有大量的水，压力达到350千克/平方厘米；没有光；温度平均为2摄氏度，但在热液喷口的出口处可以达到400摄氏度，这些水因接触海洋地壳下岩浆而加热……然而，在这片占地球表面一半的深海平原上，生命比比皆是。

报道称，人类迄今只探索了百分之几的海底，却发现了鱼类、细菌、章鱼和无脊椎动物等生物。一些微生物凭借化能合成在那里生存，化能合成取代了只有在有光的情况下才能进行的光合作用。

法国西布列塔尼大学海洋生物学教授维亚内·皮舍罗解释说：“这些被称为化能无机营养生物，从存在于海底的矿物元素——比如铁——中产生能量。”

此外，围绕着这些生物已经创造了一个完整的生态系统。例如，庞贝虫生活在太平洋热液喷口附近，在它建立的管道中与细菌共生。这种动物可以承受高达80摄氏度的高温，这要归功于构成1厘米厚的绝缘层的细菌，而这些细菌以蠕虫背部分泌的黏液为食。庞贝虫的基因序列已经出现在法国海洋开发研究所和德国化学企业巴斯夫公司申请的大约20项专利中。庞贝虫及其细菌已被用于护肤面霜。

不仅是美妆公司对深海遗传资源感兴趣。2018年，瑞典和加拿大的研究人员统计了与海洋遗传资源有关的专利申请。这项研究的主要作者、斯德哥尔摩环境恢复中心研究员罗伯特·布瓦夏克解释说：“在这个数据库中，我们确认了与深海和热液喷口系统相关的91个物种的1600多个基因序列。”

法国海洋开发研究所研究员索菲·阿诺·昂说：“所有这些能够生活在极端环境中的嗜极生物都是工业界非常感兴趣的，工业的生产过程使酶和其他细菌处于高温、高压和缺氧状态。这些深海生物或其衍生物可用于食品工业、美妆产品、生物燃料等。”况且获取这些遗传资源几乎是免费的，就目前而言是这样。

那么，他们是如何获取庞贝虫的脱氧核糖核酸（DNA）并申请专利的呢？西布列塔尼大学微生物学教授穆罕默德·热巴尔解释说：“这很简单，深海生态系统生物学和生态学实验室的研究人员从海底采集的样本中分离出微生物，并对其DNA进行测序。但是要在科学期刊上发表关于这些微生物的文章，就必须将DNA提交到数据库，比如美国国家生物技术信息中心。在那里，这个DNA就会变成公开的。”

大公司的研究人员可以访问这些DNA数据，根据他们的目标进行深度处理，只提取他们需要的信息，然后提交专利申请。

但這些遗传资源究竟属于谁呢？法国拉罗谢尔大学海洋法教授布勒昂·吉尤说：“到目前为止，海洋遗传资源可以自由获取，不属于任何人。但事实上，只有少数几个国家拥有探索和利用这些资源的技术，包括美国、中国、俄罗斯、法国、德国和日本。”

◎ 来源|综合参考消息、创瞰巴黎