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、寡營養等多種極端環境條件，在全球的生物量產生和生物地球化學循環過程中，扮演了重要的角色。

改變認知：深海生活著大量病毒

20世紀80年代末以來，研究者通過顯微鏡，在海洋環境中發現大量病毒顆粒，這一結果極大改變了人們對海洋中病毒豐度的原有認識。

相比相對清潔的冰川融化釋放的未知病毒，海洋大氣間的循環也在不斷輸送深海微生物到人類可接觸的環境中——病毒可以在熱鹽環流作用下，從深海提升到海面，然后通過海面氣溶膠參與大氣循環，甚至在其中進行變異，之后再通過大氣輸送到陸地上空，通過降水沖刷到地面。當然，適應了高壓高鹽環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，占據了所有水體微生物總量的55%。特殊的生存環境造就了深海微生物獨特的基因形式、遺傳背景和調控機制。近30年來，科學界研究發現，深海環境中的病毒（ 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菌和古菌的生命活動，對深海生態系統的運轉和平衡有重要作用。

深海作為海洋環境的一部分，與上層海洋和下部的深部生物圈之間，有廣泛的物質能量交流，三者共同構成了海洋乃至全球生態系統的有機整體。研究表明，超過30%的上層海洋病毒會被吸附到有機和無機顆粒上，進而沉降至深海。

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

那么，人類迄今知之甚少的深海究竟是怎樣的？這就要從認知它的生態系統開始。

深海生態系統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、群落多樣性和生態系統多樣性都極高，是新型生物資源的寶庫。

深海中的大部分區域壓力大、食物少、沒有光線，堪稱營養匱乏的荒漠，但其中也存在一些生命綠洲，如深海熱液區、冷泉區、深海冷水珊瑚區、海山區、深淵區等特殊的生態環境。這些生態系統具有與海洋上層不同的生物種類、生物群落和生態關聯方式，極具生態研究價值。

可能的生命起源地：深海熱液區

1977年，海洋科學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，首次發現了深海熱液。這一發現引發了人們對“生命起源于深海熱液區”的討論，是生命科學史上最重要的發現之一。

熱液區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域約600個，科學家在這類區域已發現約500種前所未見的動物物種。

生活在這種極端環境中的生物有十分獨特的生理生化特征和能量代謝途徑，是科學家研究生命適應性進化的理想對象。比如這里的代表性生物管狀蠕蟲，大多生活在10℃～22℃的環境中，身長一兩米，直徑數厘米，雌雄異體，有心臟，但沒有嘴和消化系統，依靠聚集在其體內的數以億計的共生菌生存——這些細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調查時，意外發現了大量多毛類環節動物和雙殼類軟體動物的存在，揭開了深海冷泉生態系統的神秘面紗。

在海底沉積界面之下，存在一種主要由水、碳氫化合物、硫化氫、細粒沉積物構成的流體，它們不斷地從海底噴涌或滲漏而出，并因此產生一系列物理、化學及生物作用，這種作用及其產物，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?；芪⑸铮?細菌和古菌） 提供豐富的養分。

冷泉的生物密度極高，是深海生命極度活躍的地方。目前已發現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，不僅是深海生態系統的重要組成部分，而且具有較高的生物多樣性和生態資源價值，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質顆粒為食。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，有些標本被發現已有數千年歷史。人類拖網捕撈，或用重型漁具拖拉海底，都會在幾分鐘內把這些經數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，也需要數百年時間。

與淺海珊瑚生態系統類似，冷水珊瑚礁生態系統也是非常脆弱的，深海捕撈、油氣開采、深海采礦，以及全球氣候變化導致的海洋酸化，都會影響冷水珊瑚生態系統。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的迅猛發展，冷水珊瑚逐漸成為海洋科學研究的新熱點前沿。

壯美的海底花園：深海海山

海山是深海大洋中的獨特生態環境，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米的區域被稱為深淵。人們曾認為，由于極端的壓力與環境隔絕，深淵帶環境應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流和大洋深海環流等物理過程的，物質輸入比較可觀，具有豐富的生物多樣性。

例如，我國科學家利用自主研發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。通過對其進行形態學分析，研究人員發現超深淵獅子魚為適應高壓環境，其骨骼變得非常薄，且具有彎曲能力，頭骨不完全，肌肉組織也有很強的柔韌性。其基因組分析顯示，超深淵獅子魚的視覺相關基因大量丟失，多個與細胞膜穩定和蛋白結構穩定相關的基因發生了突變，這些基因層面的變異可能共同造成了超深淵獅子魚獨特的外表，并幫助其適應了超深淵的極端環境。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）認為，大多數“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物種和非目標物種的數量下降了90% 以上。深海生態系統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保護的有效行動。