海洋最深海溝藏「驚人」生物多樣性
Oceans’ deepest trenches are home to ‘incredible’ diversity
6 MAR 2025 5:45 PM ETBYPHIE JACOBS
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當科學家開始他們前往深淵之旅時，已是傍晚時分。中國潛水器奮斗者號不斷下潜的時候，上海交通大學的極端微生物學家趙偉殊（音譯）目睹了在無際黑暗中發光的生物，散發出綠色、黃色和橙色的光芒。當他們達到超過10,000米深的海底時，研究團隊打開潛水器的燈光，揭示了一片充滿浮游生物的「深邃而神秘的藍色」。「在那一刻，」趙偉殊說，「我立即明白這個[深海]一定是一個比我們想像中更為繁榮的棲息地。」
太平洋馬里亞納海溝作為世界上最深的海溝，一直吸引著科學家和探險者的興趣。其中最新的一位探索者是電影導演詹姆斯·卡梅隆（James Cameron），他在2012年通過一艘狹窄的一人潛水器前往了海溝內一個形狀如槽的地區——挑戰者深淵，這裡距離海平面近11,000米，是地球上最深的地方。其他探險行動則繪製出了海溝奇特的地貌圖。如今，在今天發表於《細胞》（Cell）雜誌上的三篇論文中，科學家們將目光投向了這片神秘環境中那些怪異而奇妙的生物。
「這些研究共同大大推進了深海生物學的發展，」未參與新研究的利哈伊大學分子生態學家桑地亞哥·赫雷拉（Santiago Herrera）說。三篇論文均屬馬里亞納海溝環境與生態研究（MEER）項目的一部分，揭示了地球上最不為人知的棲息地之一：哈達勒區，這是一個位於海洋溝壑內6,000至11,000米深的區域。那裡的極端壓力、黑暗和寒冷溫度對生命具有敵意——足以阻擋絕大多數探險。
在新項目中，研究人員使用了奮斗者號潛水器，加州大學圣地亚哥分校的深海微生物學家道格拉斯·巴特勒（Douglas Bartlett）稱之為「工程奇蹟」。（相比之下，美國潛水器阿爾文號可下潜至6,500米深處。）這艘能夠載三人前往海洋最深部分的潛水器配備了一對機械臂和一個樣品籃，在單次下潜中可以收集數百個樣本。2021年8月至11月期間，奮斗者號在馬里亞納海溝及其周邊區域進行了數十次下潜，带回了充滿微生物的沉積物、魚類和一種名叫端足類的小型蝦形甲殼動物樣本。
「我們發現了驚人的多樣性，」巴特勒說，他指的是新研究中在馬里亞納海溝發現了超過7000種新的微生物物種，其中89%是科學界首次發現。這篇論文的共同作者、北京基因組研究所生物學家莫寒表示，這些微生物為了在光線和養分都很稀少的哈達勒區生存，已經演化出了獨特的策略。遺傳分析顯示，一些物種有小型且高效的基因體，專門為幾個重要的功能服務；而另一些則擁有較大、更靈活的基因體，使其能夠應對變化的環境條件。有些物種具有可以分解一氧化碳等難以降解的物質的基因，在食物來源稀缺的環境中這是一個優勢。「生命找到了不止一種生存方式，」莫寒說。
在第二篇論文中，研究人員報告稱端足類可能通過與深海細菌形成共生關係適應了這種極端環境，使其成為哈達勒區最豐盛的居民之一。論文共同作者、北京基因組研究所的研究員劉珊珊表示，在分析這些甲殼動物腸道內容物時發現高水平的嗜冷菌，研究人員懷疑這類細菌可能幫助生成了一種叫做三甲胺氧化氮的化合物。這種物質在許多深海生物中發現，有助於維持體內液體平衡並保護身體不受高壓的損害。
第三篇論文發現證據顯示，生活在3公里或更深處的魚類都共享一個遺傳突變，使其細胞能夠更有效地將基因轉錄為重要蛋白質，幫助它們快速響應由壓力、寒冷和黑暗帶來的壓力。通過研究11個物種的基因組，研究人員還能夠確定某些血統第一次殖民深海的時間點。例如，鰻魚可能在大約一億年前開始深入深海，在6500萬年前導致恐龍和其他淺水海洋生物滅絕的大規模滅絕事件中幸存下來。而鮑鱉魚則可能在大約2000萬年前開始進入深海溝，這可能與一個地殼動盪的時期相吻合。深海可能在由劇烈溫度和氧氣波動引起的環境變化中作為「生態避難所」發揮了作用，論文共同作者、北京基因組研究所研究員宋悅說。
除了揭示哈達勒區的蓬勃生態系統外，研究人員還目睹了人類活動帶來的令人不安的跡象。趙解釋說，在潛水過程中，他們看到了塑膠袋、啤酒瓶和汽水罐——甚至在另一個海溝——雅浦海溝最深處發現了一個幾乎完整的洗衣籃。「這對我們來說非常震撼，」趙說。但她也提到，研究團隊還發現了深海微生物似乎擅長分解污染物並利用這些物質作為能量來源，暗示這些生物「可能為目前人類的環境污染問題提供新的解決方案」。
未來，MEER小組計劃調查世界其他深海溝，並且可能會找到地球生命起源的線索。「全球80%的哈達勒區对我们来说仍然是个谜，」北京基因组研究所的研究员梁蒙说，「在这个未被探索的生物圈中，可能还有更多非凡的生命形式等待我们去发现。」