深海的荒凉与蓬勃

向思源

深海是海洋最主要的组成部分，覆盖了地球表面积的65%。有着高压、低温、黑暗、寡营养等多种极端环境条件，在全球的生物量产生和生物地球化学循环过程中，扮演了重要的角色。

改变认知：深海生活着大量病毒

20世纪80年代末以来，研究者通过显微镜，在海洋环境中发现大量病毒颗粒，这一结果极大改变了人们对海洋中病毒丰度的原有认识。

相比相对清洁的冰川融化释放的未知病毒，海洋大气间的循环也在不断输送深海微生物到人类可接触的环境中——病毒可以在热盐环流作用下，从深海提升到海面，然后通过海面气溶胶参与大气循环，甚至在其中进行变异，之后再通过大气输送到陆地上空，通过降水冲刷到地面。当然，适应了高压高盐环境的深海微生物能不能在地表存活是另一个问题。

深海中的微生物丰度极高，占据了所有水体微生物总量的55%。特殊的生存环境造就了深海微生物独特的基因形式、遗传背景和调控机制。近30年来，科学界研究发现，深海环境中的病毒（主要为噬菌体）具有其极高的丰度和多样性，它们直接或间接地影响着深海细菌和古菌的生命活动，对深海生态系统的运转和平衡有重要作用。

深海作为海洋环境的一部分，与上层海洋和下部的深部生物圈之间，有广泛的物质能量交流，三者共同构成了海洋乃至全球生态系统的有机整体。研究表明，超过30%的上层海洋病毒会被吸附到有机和无机颗粒上，进而沉降至深海。

由此看来，病毒在不同海洋层位中既有关联又有差别，并且对深海和浅海之间的物质、能量及信息交流也产生了一定作用，值得特别关注。

那么，人类迄今知之甚少的深海究竟是怎样的？这就要从认知它的生态系统开始。

深海生态系统是地球上最大的生物栖息地，其生物多样性——包括基因多样性、物种多样性、群落多样性和生态系统多样性都极高，是新型生物资源的宝库。

深海中的大部分区域压力大、食物少、没有光线，堪称营养匮乏的荒漠，但其中也存在一些生命绿洲，如深海热液区、冷泉区、深海冷水珊瑚区、海山区、深渊区等特殊的生态环境。这些生态系统具有与海洋上层不同的生物种类、生物群落和生态关联方式，极具生态研究价值。

可能的生命起源地：深海热液区

1977年，海洋科学家利用阿尔文号载人深潜器，在东太平洋加拉帕戈斯群岛2500米深的大洋底处，首次发现了深海热液。这一发现引发了人们对“生命起源于深海热液区”的讨论，是生命科学史上最重要的发现之一。

热液区与周围的海底明显不同，是高度孤立的栖息地，其生命密度与热带雨林和珊瑚礁相似。这里的优势种更加突出，生长速度更快，多样性更低，但生物量和密度更高。目前，全世界已知这样的热点区域约600个，科学家在这类区域已发现约500种前所未见的动物物种。

生活在这种极端环境中的生物有十分独特的生理生化特征和能量代谢途径，是科学家研究生命适应性进化的理想对象。比如这里的代表性生物管状蠕虫，大多生活在10℃～22℃的环境中，身长一两米，直径数厘米，雌雄异体，有心脏，但没有嘴和消化系统，依靠聚集在其体内的数以亿计的共生菌生存——这些细菌能从热液中获取硫离子，从海水中获取氧气——管状蠕虫只需要将身体的白色管状部分固定在热液附近，就能借助共生菌的作用获取硫化物，其顶端的红色部分则能通过与海水充分接触获取氧气。

深海中的生命绿洲：冷泉

1983年，阿尔文号载人深潜器在墨西哥湾东部海底天然气渗漏区调查时，意外发现了大量多毛类环节动物和双壳类软体动物的存在，揭开了深海冷泉生态系统的神秘面纱。

在海底沉积界面之下，存在一种主要由水、碳氢化合物、硫化氢、细粒沉积物构成的流体，它们不断地从海底喷涌或渗漏而出，并因此产生一系列物理、化学及生物作用，这种作用及其产物，就被称为冷泉。其实，冷泉的温度与海底周围温度基本一致，但因为其溢出的流体富含甲烷、硫化氢和二氧化碳等组分，可为阳光无法照射到的深海化能微生物（细菌和古菌）提供丰富的养分。

冷泉的生物密度极高，是深海生命极度活跃的地方。目前已发现的冷泉生物物种超过210种。

深受人类活动影响：深海冷水珊瑚

冷水珊瑚礁存在于世界各地的大陆架、斜坡、海底山等，不仅是深海生态系统的重要组成部分，而且具有较高的生物多样性和生态资源价值，同时也是记录长时间尺度气候变化的良好载体。与浅海珊瑚依赖与之共生的光合藻类不同，深海珊瑚主要以水中的浮游生物和从表层沉降下来的有机质颗粒为食。冷水珊瑚并不形成岩石般的珊瑚礁，而是形成树状、羽毛状、柱状或扇形的小丛林，有时高达几十米。许多鱼、虾、蟹和其他生物都以深海珊瑚和海绵为栖息地。

深海珊瑚生长非常缓慢，有些标本被发现已有数千年历史。人类拖网捕捞，或用重型渔具拖拉海底，都会在几分钟内把这些经数千年生长而成的脆弱的珊瑚花园变成碎石。在每年只生长几毫米的缓慢速度下，受损的深海珊瑚丛即使有再生的可能，也需要数百年时间。

与浅海珊瑚生态系统类似，冷水珊瑚礁生态系统也是非常脆弱的，深海捕捞、油气开采、深海采矿，以及全球气候变化导致的海洋酸化，都会影响冷水珊瑚生态系统。相比热带浅水珊瑚，人们对深海冷水珊瑚的研究较少，但随着深海探测技术的迅猛发展，冷水珊瑚逐渐成为海洋科学研究的新热点前沿。

壮美的海底花园：深海海山

海山是深海大洋中的独特生态环境，广泛存在于世界各大洋中，被称为研究海洋物理和生物过程相互作用的天然实验室。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;广义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。

海山几乎栖息着所有门类的大型底栖无脊椎动物，以滤食性生物为主，常见的有海绵、珊瑚、海鳃、水螅、海百合等。

探索生命的极限：深海深渊

深海中深度大于6000米的区域被称为深渊。人们曾认为，由于极端的压力与环境隔绝，深渊带环境应该是生命罕至的一潭死水。但是，近50年来的研究表明，深渊并不是静止不动，而是参与深层气旋环流和大洋深海环流等物理过程的，物质输入比较可观，具有丰富的生物多样性。

例如，我国科学家利用自主研发的天涯号和海角号深渊着陆器，捕获了马里亚纳海沟 6000米水深的超深渊狮子鱼。通过对其进行形态学分析，研究人员发现超深渊狮子鱼为适应高压环境，其骨骼变得非常薄，且具有弯曲能力，头骨不完全，肌肉组织也有很强的柔韧性。其基因组分析显示，超深渊狮子鱼的视觉相关基因大量丢失，多个与细胞膜稳定和蛋白结构稳定相关的基因发生了突变，这些基因层面的变异可能共同造成了超深渊狮子鱼独特的外表，并帮助其适应了超深渊的极端环境。这些深渊的特有物种类群，也是研究深海生物多样性的宝贵资源。