研究人员在千岛-堪察加海沟和阿留申海沟的极深处，发现了广泛分布的化能合成生物群落，其中包括一个位于 9,533米 深处的已知最深冷泉。这些由微生物产生的甲烷所驱动的生态系统，挑战了传统上认为海沟生命完全依赖于从海面沉降的有机物的观点。这一发现不仅扩展了我们对深海生命极限的认知，也揭示了海沟在地球碳循环中可能扮演着一个此前被低估的重要角色。
突破性的深海发现
科学家利用“奋斗者”号全海深载人潜水器，在千岛-堪察加海沟和阿留申海沟的底部进行了一系列下潜，结果发现了前所未见的景象。
- 广泛分布： 在沿海沟底部长达 2,500公里 的一个独特地质带上，研究人员观察到了繁荣的化能合成生物群落。
- 破纪录的深度： 在千岛-堪察加海沟，一个被命名为“最深处”(The Deepest)的冷泉点在 9,533 米的深度被发现，这是迄今为止人类发现的最深的渗漏点。
- 生命绿洲： 这些群落并非零星存在，而是形成了高密度的“生命绿洲”，有些地方每平方米的生物数量可达数千个。
这一发现表明，化学能而非太阳能，在维持地球最深处的生命活动中扮演着一个远比我们想象中更重要的角色。
多样的海沟生物群落
不同海沟和深度的生物群落构成存在显著差异，显示出高度的生态特异性。
千岛-堪察加海沟（深度 > 7,000米）：
- 主要由 管状蠕虫（frenulate siboglinids） 主导。这些蠕虫形成密集的“草丛”，管长可达20-30厘米。
- 伴生生物包括自由移动的多毛类、海百合和端足类动物。
- 在8,764米深处还发现了 索足蛤（thyasirid bivalves），刷新了此类生物的深度记录。
阿留申海沟（深度 < 7,000米）：
- 生物多样性更高，以 双壳类（Bivalvia） 为主，特别是 囊螂蛤（vesicomyid clams）。
- 一个名为“蛤床”(Clam Bed)的区域，在长达2公里的范围内布满了大小可达23厘米的蛤类。
- 此外，还发现了大片的白色微生物席，像雪一样覆盖在海床上，周围环绕着管状蠕虫。
能量来源：微生物成因的甲烷
对冷泉沉积物的地球化学分析揭示了这些深海生态系统的能量秘密。
- 纯净的甲烷： 气体分析显示，总碳氢化合物中 100%是甲烷，排除了地质深处热裂解成因的可能。
- 同位素证据： 碳和氢的稳定同位素分析表明，这些甲烷来源于 微生物对二氧化碳的还原作用。这意味着深层沉积物中的微生物“吃掉”有机物产生的二氧化碳，并将其转化为甲烷。
- 没有气泡： 在如此巨大的压力下，甲烷以溶解在孔隙水或形成天然气水合物（甲烷冰）的形式存在，因此在现场观测中没有发现任何气泡逸出。
海沟冷泉的形成模型
这些深海冷泉的形成机制与浅水区不同，其根源在于海沟独特的地质和环境条件。
- 有机物陷阱： 海沟的V形地貌像一个巨大的陷阱，有效地收集了从高生产力表层海洋沉降下来的有机物。
- 微生物产甲烷： 在深层缺氧的沉积物中，微生物将这些有机物分解，并通过还原二氧化碳产生大量甲烷。
- 地质挤压与迁移： 太平洋板块向下的俯冲作用产生了巨大的挤压力，推动着富含甲烷的流体在沉积层中横向迁移。
- 断层通道： 当这些流体遇到板块弯曲形成的断层等薄弱地带时，便会沿着裂缝向上渗出，最终在海床上形成冷泉。
深远影响与启示
这一系列发现不仅刷新了生命记录，也为我们理解地球系统提供了新的视角。
- 挑战传统认知： 长期以来，海沟生态系统被认为完全依赖于“海洋雪”（从上层掉落的有机碎屑）。现在我们知道，地球内部的化学能 同样可以支撑一个庞大而活跃的生物圈。
- 重塑深海碳循环模型： 这表明海沟不仅是碳的“墓地”，也是一个活跃的转化和储存场所。大量有机碳被微生物转化为甲烷并可能以水合物形式长期封存，而不是直接随板块俯冲进入地幔深处。
- 普遍存在的可能性： 鉴于许多海沟具有相似的地质特征，类似的化能生态系统可能在世界其他深海海沟中也广泛存在。
这些发现强调了将海沟生态过程整合到全球碳循环模型中的必要性，这对于准确预测地球在更长时间尺度上的碳动态和气候响应至关重要。