海洋最深處探尋生命的奧秘

撰文｜劉浩東 張傳倫（同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）田紀(jì)偉（中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

海洋最深處探尋生命的奧秘

撰文｜劉浩東 張傳倫（同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）田紀(jì)偉（中國海洋大學(xué)物理海洋教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

隊(duì)員在馬里亞納那海溝調(diào)查合影（中國海洋大學(xué)隨船記者劉邦華拍攝）

位于北太平洋西部的馬里亞納海溝是地球上最深的海溝，全長約為2550千米，平均寬度約為70千米，其大部分區(qū)域水深超過8000米，最深處的斐查茲海淵深度約為11000米。作為地球上最深的海溝，科學(xué)家們尚未完全揭開它的神秘面紗，但已經(jīng)窺探到馬里亞納海溝的迷人之處。

早在1960年，瑞士工程師雅克·皮卡爾和美國海軍上校唐·沃爾什首次在馬里亞納海溝乘坐“的里雅斯特”號深海潛水器成功下潛到最深處。2012年3月，著名電影導(dǎo)演詹姆斯·卡梅隆獨(dú)自乘坐“深海挑戰(zhàn)者”號深潛器下潛至世界海洋的最深處——馬里亞納海溝的“挑戰(zhàn)者深淵”底部，這是人類第二次探底馬里亞納海溝，并發(fā)現(xiàn)了68個新物種。在8000米以深的海域，依然有小型魚蝦在活動。在一片漆黑、壓力高于800個大氣壓的環(huán)境下，鋼制坦克都可以被壓扁，這些生物是怎樣做到自由自在生存的，真是令人不可思議。在馬里亞納海溝深處，能通過肉眼看到的生物畢竟鳳毛麟角，然而肉眼看不到的微生物卻是無處不在。

馬里亞納海溝發(fā)現(xiàn)的生物

取水器下潛（中國海洋大學(xué)隨船記者劉邦華拍攝）

2015年12月，以中國海洋大學(xué)田紀(jì)偉教授為首席的考察隊(duì)乘坐“東方紅2”號科考船在馬里亞納海溝進(jìn)行綜合調(diào)查，并將每年持續(xù)進(jìn)行對海溝的考察，稱為“馬拉松計(jì)劃”?！爸袊?duì)”在馬里亞納海溝的首航取得了令人振奮的成績。中國科學(xué)家首次實(shí)現(xiàn)了在馬里亞納海溝8727米的深度采集了180升的原位海水。初步研究發(fā)現(xiàn)，馬里亞納海溝8000多米的深度微生物不僅數(shù)量多，而且異?；钴S，在實(shí)驗(yàn)室條件下可培養(yǎng)的細(xì)菌種類比表層和淺層水域都要多，而且微生物的代謝活性也非常高。

擁有足夠的水量才能對海溝深處的微生物進(jìn)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，還可以通過宏基因組測序技術(shù)研究微生物的代謝方式。比如它們都吃些什么？在一片漆黑的高壓環(huán)境下它們的生存機(jī)制是怎樣的？通過培養(yǎng)技術(shù)可以知道微生物的生理特性，但是與尚無法在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的微生物相比，可培養(yǎng)的微生物只是九牛一毛，所以目前主要通過宏基因組測序的方式來推測那些未知微生物的代謝途徑。

馬里亞納海溝發(fā)現(xiàn)的生物

在極端環(huán)境下生存的微生物對人類具有非常重要的潛在價(jià)值?？茖W(xué)家已經(jīng)在熱泉、極地等極端環(huán)境中發(fā)現(xiàn)某些微生物能夠產(chǎn)生重要的化合物，比如抗生素和熱聚合酶，它們具有很重要的藥用價(jià)值和工業(yè)價(jià)值。海溝中的微生物尚處于待開發(fā)的階段，目前國際上已經(jīng)有科研團(tuán)隊(duì)開始研究這些微生物的實(shí)用價(jià)值。

更為重要的是，海溝中的微生物數(shù)量眾多，它們對海水中有機(jī)碳的利用非?？捎^。這對于全球氣候有重要的影響。生活在深海中的微生物有兩類，一類降解大分子的有機(jī)物獲取能量進(jìn)行生命活動，這類微生物被稱為異養(yǎng)微生物；另一類吸收溶解在海水中的無機(jī)物，比如銨鹽、碳酸鹽、碳酸氫鹽等，利用這些無機(jī)物合成有機(jī)物獲取能量進(jìn)行生命活動，這類微生物被稱為自養(yǎng)微生物。已經(jīng)有國際科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)馬里亞納海溝存儲著大量的碳，而且這些碳大部分是通過微生物的轉(zhuǎn)化后沉淀到海底。

此外，海洋微生物不僅對碳的轉(zhuǎn)化非常重要，對氮循環(huán)的影響也非常重要，氮是構(gòu)成蛋白質(zhì)必不可少的元素，海洋中存在大量氨氧化微生物，尤其在大洋深處，這些微生物對氨氮的吸收利用非?？捎^。二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等氣體是非常重要的溫室氣體，而海洋深處的微生物對這些氣體吸收利用對它們在大氣中的含量具有一定的調(diào)節(jié)作用。由此可見，海溝的微生物在全球海洋氣候調(diào)節(jié)方面具有重要的作用。

“可上九天攬?jiān)?，可下五洋捉鱉”的理想在當(dāng)今時代正轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。當(dāng)我們的航天飛船順利升空，“玉兔”號月球車成功登月，我們的“蛟龍”號也已經(jīng)下海，“東方紅2”號、“探索一”號科考船也相繼去探索地球上最深的海溝，并且分別進(jìn)行了微生物的原位富集培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，例如富集異養(yǎng)古菌、在萬米深淵進(jìn)行氮循環(huán)微生物原位培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)科學(xué)研究走向更遠(yuǎn)的太空，最深的大海，同樣也走向更細(xì)致的深海微生物研究。很多未知的微生物依然在等待著科學(xué)家的探索，它們對環(huán)境的適應(yīng)不斷刷新我們對生命極限的認(rèn)知。

“深海挑戰(zhàn)者”號深潛器下潛至世界海洋的最深處，這是人類第二次探底馬里亞納海溝，并發(fā)現(xiàn)了68個新物種