在深邃黑暗、极端压强和低温的海沟深处，生命是否存在以及如何生存，长期以来都是科学研究的难题。传统上，人们认为海沟区域因环境严酷，缺乏光合作用所需的阳光，食物来源单一而生物多样性相对贫乏。然而，2024年至2025年间，科学家借助先进的载人亚潜水器，在太平洋西北部的千岛-堪察加海沟和阿留申海沟进行了多次深海探测，发现了令人惊艳的化能合成生态系统，它们在海洋最深的海沟底部蓬勃生长，刷新了生命在极端环境中适应和繁荣的认知边界。化能合成生命体依托于地质通道释放的富含甲烷和硫化氢的流体，借助微生物的化能合成作用，将化学能转化为有机物，支撑着完整而庞大的生物群落。这种生态系统广泛分布于深达5800米至9533米的海沟底部，覆盖了长达2500公里的地带，其密度和多样性在此前的调查中罕见，成为全球已知的最深和最广泛的化能合成社区。经过深入分析，科学家揭示出这些生态系统主要由裂管虫（siboglinid Polychaeta）和双壳类贝类（Bivalvia）主导。
裂管虫以其管状结构延伸至沉积物中，捕获流体中的化学物质展开营养代谢，而双壳类贝类则以共生的化学自养细菌获取能量，体现出高度特化的适应形态和生态功能。地质和地球化学研究显示，这些生态系统由地壳断层带来的流体富集所支持，富含微生物产生的甲烷和硫化氢。甲烷主要通过微生物对沉积物中有机物的碳酸盐还原产生，随后沿着地震活动引发的弯曲断层向上传输，最终渗出至海底形成冷泉（cold seeps）。这种古老而持续的甲烷释出过程为海沟底部的生态系统提供了恒定的化学能源，是极端环境下生物多样性繁荣的关键驱动力。值得关注的是，这些冷泉生态系统的发现挑战了现有关于深海生态系统能量来源的传统观点。在此前，人们普遍认为深海生命依托于表层光合作用产生的有机颗粒沉降或偶尔的尸体沉降作为能量基础，但在海沟极端深度，化能合成可能成为主导甚至决定性的生命支持方式。
生态调查不仅鉴定出了多种特化的化能合成物种，还发现这些生物多样体与异养性生物共存，显示出复杂的食物网结构和生态相互作用。比如，存在大量自由活动多毛类、多管虫、海参、海葵和多种甲壳类共生或相伴生，这说明化学能支持的生态系统对广阔异养性生物群具有重要的营养补给作用，进而影响整个海沟生态系统的结构与功能。此外，地球化学数据对甲烷的同位素分析明确指向微生物碳酸盐还原活性，强调了深海沉积层中活跃的微生物代谢过程。这提示深海亚表层生态系统不仅是宏观生物的栖息地，还是微生物繁盛的生物地球化学反应核，为全球碳循环贡献独特而重要的环节。甲烷在高压低温条件下形成稳定的甲烷水合物，这种特殊状态的气体储存或释放机制对理解深海甲烷循环、气候变迁与地质过程尤为关键。科学家基于温度、压力与海水化学组成，建立了细致的甲烷水合物相图，进一步推测海沟沉积层存在大面积的甲烷储藏，从而为全球甲烷资源评价及其地质贡献提供了新视角。
形成这类极深海沟化能合成生态系统的地质条件也有独特之处。海沟地形呈明显的V型，天然形成了有机质聚集“陷阱”，使得大量表层的浮游生物残骸和地表有机质经由重力流、地震或滑坡作用沉积于深渊地带，成为甲烷生成的主要前体。板块俯冲过程带来的压力促使沉积物中产生的甲烷在沉层内横向迁移，沿弯曲断层向上输送至海底，最终形成稳定的冷泉系统。由此，海沟生态环境不仅是表层生命的终极归宿，更是地壳和生物圈能量交互的关键节点。这些发现对全球深海生物地球化学循环产生深远影响。探明了自俯冲带未剥蚀沉积物中衍生的生物碳如何通过甲烷形态被暂时封存，有助于修正有关碳在地球深部循环中的分布模式，提示相当比例的碳可能以化学能形式滞留于深海沉积层，而非被推入地幔深部。
此外，研究中展示的生态系统横跨日本、千岛-堪察加及阿留申海沟，表明这些化能合成社区具有一定的连通性和广泛的生物地理分布，或可推广至其他相似构造带，增强了全球对海沟生物多样性和生态系统功能的认知。科研工作采用了多学科交叉方法，结合高清海底视频观察、生物样品分子遗传标识、相位状态模拟、气体同位素测试等先进技术，使得对极深海沟环境的生态、地质和化学过程有了系统全面的理解。目前，仍需进一步研究以探明生态系统的能量流向机制、微生物群落功能及与周边深海环境的耦合关系。此外，针对甲烷水合物的分布及稳定性，还需开展更深层钻探和长期监测，揭示其在气候反馈中的潜在角色。总之，海沟极深处发现的丰富化能合成生命体系，打破了人类对深海生命极限的传统认识，体现了生命在极端环境下惊人的适应力和生态复杂性。这些生态系统不仅承载着独特的生物多样性，也是地球碳循环的重要组成，揭示了深海极端环境中物理、化学和生物过程的交织互动。
随着技术进步和持续探测，人类对海沟深海生态及其全球意义的理解将不断深化，为应对气候变化和海洋资源管理等问题提供科学支撑和启发。
