深海的荒涼與蓬勃

向思源

深海是海洋最主要的組成部分，覆蓋了地球表面積的65%。有著高壓、低溫、黑暗、寡營養(yǎng)等多種極端環(huán)境條件，在全球的生物量產(chǎn)生和生物地球化學(xué)循環(huán)過程中，扮演了重要的角色。

改變認(rèn)知：深海生活著大量病毒

20世紀(jì)80年代末以來，研究者通過顯微鏡，在海洋環(huán)境中發(fā)現(xiàn)大量病毒顆粒，這一結(jié)果極大改變了人們對海洋中病毒豐度的原有認(rèn)識。

相比相對清潔的冰川融化釋放的未知病毒，海洋大氣間的循環(huán)也在不斷輸送深海微生物到人類可接觸的環(huán)境中——病毒可以在熱鹽環(huán)流作用下，從深海提升到海面，然后通過海面氣溶膠參與大氣循環(huán)，甚至在其中進(jìn)行變異，之后再通過大氣輸送到陸地上空，通過降水沖刷到地面。當(dāng)然，適應(yīng)了高壓高鹽環(huán)境的深海微生物能不能在地表存活是另一個問題。

深海中的微生物豐度極高，占據(jù)了所有水體微生物總量的55%。特殊的生存環(huán)境造就了深海微生物獨特的基因形式、遺傳背景和調(diào)控機(jī)制。近30年來，科學(xué)界研究發(fā)現(xiàn)，深海環(huán)境中的病毒（ 主要為噬菌體） 具有其極高的豐度和多樣性，它們直接或間接地影響著深海細(xì)菌和古菌的生命活動，對深海生態(tài)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)和平衡有重要作用。

深海作為海洋環(huán)境的一部分，與上層海洋和下部的深部生物圈之間，有廣泛的物質(zhì)能量交流，三者共同構(gòu)成了海洋乃至全球生態(tài)系統(tǒng)的有機(jī)整體。研究表明，超過30%的上層海洋病毒會被吸附到有機(jī)和無機(jī)顆粒上，進(jìn)而沉降至深海。

由此看來，病毒在不同海洋層位中既有關(guān)聯(lián)又有差別，并且對深海和淺海之間的物質(zhì)、能量及信息交流也產(chǎn)生了一定作用，值得特別關(guān)注。

那么，人類迄今知之甚少的深海究竟是怎樣的？這就要從認(rèn)知它的生態(tài)系統(tǒng)開始。

深海生態(tài)系統(tǒng)是地球上最大的生物棲息地，其生物多樣性——包括基因多樣性、物種多樣性、群落多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性都極高，是新型生物資源的寶庫。

深海中的大部分區(qū)域壓力大、食物少、沒有光線，堪稱營養(yǎng)匱乏的荒漠，但其中也存在一些生命綠洲，如深海熱液區(qū)、冷泉區(qū)、深海冷水珊瑚區(qū)、海山區(qū)、深淵區(qū)等特殊的生態(tài)環(huán)境。這些生態(tài)系統(tǒng)具有與海洋上層不同的生物種類、生物群落和生態(tài)關(guān)聯(lián)方式，極具生態(tài)研究價值。

可能的生命起源地：深海熱液區(qū)

1977年，海洋科學(xué)家利用阿爾文號載人深潛器，在東太平洋加拉帕戈斯群島2500米深的大洋底處，首次發(fā)現(xiàn)了深海熱液。這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了人們對“生命起源于深海熱液區(qū)”的討論，是生命科學(xué)史上最重要的發(fā)現(xiàn)之一。

熱液區(qū)與周圍的海底明顯不同，是高度孤立的棲息地，其生命密度與熱帶雨林和珊瑚礁相似。這里的優(yōu)勢種更加突出，生長速度更快，多樣性更低，但生物量和密度更高。目前，全世界已知這樣的熱點區(qū)域約600個，科學(xué)家在這類區(qū)域已發(fā)現(xiàn)約500種前所未見的動物物種。

生活在這種極端環(huán)境中的生物有十分獨特的生理生化特征和能量代謝途徑，是科學(xué)家研究生命適應(yīng)性進(jìn)化的理想對象。比如這里的代表性生物管狀蠕蟲，大多生活在10℃～22℃的環(huán)境中，身長一兩米，直徑數(shù)厘米，雌雄異體，有心臟，但沒有嘴和消化系統(tǒng)，依靠聚集在其體內(nèi)的數(shù)以億計的共生菌生存——這些細(xì)菌能從熱液中獲取硫離子，從海水中獲取氧氣——管狀蠕蟲只需要將身體的白色管狀部分固定在熱液附近，就能借助共生菌的作用獲取硫化物，其頂端的紅色部分則能通過與海水充分接觸獲取氧氣。

深海中的生命綠洲：冷泉

1983年，阿爾文號載人深潛器在墨西哥灣東部海底天然氣滲漏區(qū)調(diào)查時，意外發(fā)現(xiàn)了大量多毛類環(huán)節(jié)動物和雙殼類軟體動物的存在，揭開了深海冷泉生態(tài)系統(tǒng)的神秘面紗。

在海底沉積界面之下，存在一種主要由水、碳?xì)浠衔?、硫化氫、?xì)粒沉積物構(gòu)成的流體，它們不斷地從海底噴涌或滲漏而出，并因此產(chǎn)生一系列物理、化學(xué)及生物作用，這種作用及其產(chǎn)物，就被稱為冷泉。其實，冷泉的溫度與海底周圍溫度基本一致，但因為其溢出的流體富含甲烷、硫化氫和二氧化碳等組分，可為陽光無法照射到的深海化能微生物（ 細(xì)菌和古菌） 提供豐富的養(yǎng)分。

冷泉的生物密度極高，是深海生命極度活躍的地方。目前已發(fā)現(xiàn)的冷泉生物物種超過210種。

深受人類活動影響：深海冷水珊瑚

冷水珊瑚礁存在于世界各地的大陸架、斜坡、海底山等，不僅是深海生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，而且具有較高的生物多樣性和生態(tài)資源價值，同時也是記錄長時間尺度氣候變化的良好載體。與淺海珊瑚依賴與之共生的光合藻類不同，深海珊瑚主要以水中的浮游生物和從表層沉降下來的有機(jī)質(zhì)顆粒為食。冷水珊瑚并不形成巖石般的珊瑚礁，而是形成樹狀、羽毛狀、柱狀或扇形的小叢林，有時高達(dá)幾十米。許多魚、蝦、蟹和其他生物都以深海珊瑚和海綿為棲息地。

深海珊瑚生長非常緩慢，有些標(biāo)本被發(fā)現(xiàn)已有數(shù)千年歷史。人類拖網(wǎng)捕撈，或用重型漁具拖拉海底，都會在幾分鐘內(nèi)把這些經(jīng)數(shù)千年生長而成的脆弱的珊瑚花園變成碎石。在每年只生長幾毫米的緩慢速度下，受損的深海珊瑚叢即使有再生的可能，也需要數(shù)百年時間。

與淺海珊瑚生態(tài)系統(tǒng)類似，冷水珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)也是非常脆弱的，深海捕撈、油氣開采、深海采礦，以及全球氣候變化導(dǎo)致的海洋酸化，都會影響冷水珊瑚生態(tài)系統(tǒng)。相比熱帶淺水珊瑚，人們對深海冷水珊瑚的研究較少，但隨著深海探測技術(shù)的迅猛發(fā)展，冷水珊瑚逐漸成為海洋科學(xué)研究的新熱點前沿。

壯美的海底花園：深海海山

海山是深海大洋中的獨特生態(tài)環(huán)境，廣泛存在于世界各大洋中，被稱為研究海洋物理和生物過程相互作用的天然實驗室。海山通常指海洋中位于海面以下，突出海底1000米以上的隆起;廣義的海山指在深度超過200米的深海，高差大于100米的海底隆起。

海山幾乎棲息著所有門類的大型底棲無脊椎動物，以濾食性生物為主，常見的有海綿、珊瑚、海鰓、水螅、海百合等。

探索生命的極限：深海深淵

深海中深度大于6000米的區(qū)域被稱為深淵。人們曾認(rèn)為，由于極端的壓力與環(huán)境隔絕，深淵帶環(huán)境應(yīng)該是生命罕至的一潭死水。但是，近50年來的研究表明，深淵并不是靜止不動，而是參與深層氣旋環(huán)流和大洋深海環(huán)流等物理過程的，物質(zhì)輸入比較可觀，具有豐富的生物多樣性。

例如，我國科學(xué)家利用自主研發(fā)的天涯號和海角號深淵著陸器，捕獲了馬里亞納海溝 6000米水深的超深淵獅子魚。通過對其進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析，研究人員發(fā)現(xiàn)超深淵獅子魚為適應(yīng)高壓環(huán)境，其骨骼變得非常薄，且具有彎曲能力，頭骨不完全，肌肉組織也有很強(qiáng)的柔韌性。其基因組分析顯示，超深淵獅子魚的視覺相關(guān)基因大量丟失，多個與細(xì)胞膜穩(wěn)定和蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定相關(guān)的基因發(fā)生了突變，這些基因?qū)用娴淖儺惪赡芄餐斐闪顺顪Y獅子魚獨特的外表，并幫助其適應(yīng)了超深淵的極端環(huán)境。這些深淵的特有物種類群，也是研究深海生物多樣性的寶貴資源。

2003年，國際海洋考察理事會（ICES）認(rèn)為，大多數(shù)“深水種群可能超出安全生物限度”。例如，1978—1994年，西北大西洋的幾個目標(biāo)物種和非目標(biāo)物種的數(shù)量下降了90% 以上。深海生態(tài)系統(tǒng)受到來自陸源污染物、深海資源開采、氣候變化等人類活動的深刻影響，深海生物多樣性顯著下降。

深海中的很多生物，也許還沒等我們認(rèn)識它們就將滅絕。世界各國需要做出能夠平衡深海資源利用與生態(tài)保護(hù)的有效行動。