地球的海洋深处隐藏着许多未知而神秘的生态系统，其中最令人瞩目的是位于哈达尔海沟及其相似深渊中的化能合成生命群落。近年来，通过对千里迢迢的千岛－勘察加海沟和阿留申海沟深部的科学考察，科学家首次系统地揭示了这些极端深度区域内丰富而独特的生命形态，打破了以往对深渊生命能量来源的传统认知。化能合成生命基于非光合化学反应而生存，利用海底释放的富含氢硫化物和甲烷的流体作为能量来源，支撑起了多样化的生物群落，这些发现为我们理解深海生态结构提供了全新的视角。哈达尔带是地球上海洋最深的水域，水深可达11000米以上。长期以来，由于技术和环境的极端挑战，这些区域保持着神秘，科学家只能通过遥控潜航器和耐压的载人潜水器进行有限探索。此次使用中国研制的“奋进者号”全深潜人机潜水器，在2024年7月至8月的考察中，科研团队首次发现了广泛分布于2300多公里长的海沟底部的化学合成生态系统，涉及深度范围从5800米至9533米，是迄今全球已知最大且最深的此类生命聚落。
科学家们观测到，这些生态系统主要由管足类多毛虫（如siboglinid类）和双壳贝类构成，数量密集，形成复杂的生物群落。管足类多毛虫的管状结构高达20至30厘米，其红色血红蛋白触手在海底环境中充满生命力，结构紧密的虫巢为其他小型多毛虫、腹足纲动物甚至环节动物提供了栖息环境。它们往往分布在断层附近的黑色泥质海底，那里裂缝透过富含甲烷和硫化物的流体，为这些生命提供化能支持。随着研究的深入，科学家还发现了数量庞大的冷泉田，形成在断层裂隙之上。这些冷泉释放由深层沉积物中微生物分解有机质产生的大量甲烷，甲烷浓度极高，远超水中平衡溶解度，部分甲烷以甲烷水合物的形式稳定存在于深层冷沉积物中。这些甲烷水合物不仅是重要的碳库，也被认为是调控全球碳循环和温室气体释放的重要因素之一。
通过同位素分析，科学家确证这些甲烷主要来源于微生物的二氧化碳还原途径，而非热力成因或甲基基团发酵。因此，这一过程表明沉积物中深层的微生物生命高度活跃，驱动了深海碳循环的关键环节。对于冷泉点的形成机制，科学研究揭示了与传统较浅水域冷泉不同的特殊地质背景。在海沟这样的俯冲带环境中，深层沉积物的压缩和板块弯曲诱发正常断层结构，这些断层成为流体迁移的通道。沉积物中的甲烷和硫化物含量在这些位置迅速累积，并通过深层断层向上传输至海底。与之对应的地形为V型海沟底部，形成了天然的有机物堆积区，由于海洋表层高生产力季节性浮游植物的丰盛繁殖，及偶发性地震引发的斜坡崩塌，助推有机物快速输送至深渊沉积层，成为微生物甲烷代谢的原料。
这种独特的物理及生物地球化学过程，长期维持着海底冷泉和化能合成的生态系统。值得注意的是，除了管足类多毛虫之外，某些海沟区域还发现了多种依赖化学合成的双壳贝，如vesicomyid科的深海蛤蜊，体长超过二十厘米，成为当地生态系统的重要组成部分。部分双壳贝类与化学合成细菌共生，利用甲烷及硫化物等化合物为能源生存，进一步丰富了生态系统的功能多样性。此外，现场观察还记录了大量附着于虫管上的小型软体动物和游动多毛类动物，反映出这些冷泉生态系统不仅为化能主导的生物提供生存空间，也间接支持了多样化的异养生物群。生态群落呈现出显著的空间异质性，群落结构和种类随深度和地理位置变化而有所区别。举例来说，千岛－勘察加海沟的化学合成群落以管足类多毛虫为主，而在阿留申海沟更偏向以双壳贝为优势种。
不仅如此，某些缓冲区显示了两种生物群落并存但分布互斥的现象，表明环境条件和流体动力学差异对群落组装产生重要影响。通过基因测序技术，科研人员对采集的标本进行了环氧化酶亚基I（coxI）基因分析，明确了物种的分类地位和近缘关系，确认了部分深海物种的独特进化分支，验证了其适应极端深海环境的多样策略。该发现进一步支持了北太平洋深海沟系统间生物系统的连续性和连接性，暗示沿日本、千岛－勘察加至阿留申海沟，甚至南至马里亚纳海沟的深海生物网络彼此相联。这种横跨数千公里的化学能驱动生物系统，结合深海地质活动的流体释放，为海洋生态学和生物地球化学提供了前所未有的研究契机。此次发现不仅丰富了对深海极限生态系统的认识，也颠覆了传统观点，即深渊生命主要依赖于降落有机颗粒物和大型动物尸骸落体的营养输入。实际上，化学合成过程中所释放的能量成为深海生物生存的重要补充来源，体现出多样动力机制共存。
此外，观测到的化学能生物与众多异养类生物的共生现象，暗示了冷泉生物活动形成复杂的食物链，促进了更广泛的深海生态系统的能量流动与物质循环。对全球碳循环的影响同样不可忽视。甲烷极易作为温室气体对气候产生长远影响。深海哈达尔区沉积中甲烷的累积及其在水合物形式下的稳定性揭示了深海作为碳库的重要角色。甲烷生成和释放机制的确认，有助于更新地球碳模型，提高对气候变化响应的预测准确性。未来进一步探查其他深海沟槽类似的生态系统，将极大拓展我们对全球深海碳汇及其生物地理分布的认识，有望发现更多尚未被科学摸索的深海生命与地球化学现象。
科学家们呼吁加强对哈达尔深渊生态系统的研究投资和技术开发，以应对深海采样难度，推动气候变化及海洋资源保护领域的跨学科合作。本次研究报告是由多国学者合作完成，整合了现代深海潜水技术、分子生物学、地质学和化学分析方法的成果，标志着人类对地球最深处生命的认知迎来新突破。未来研究将聚焦于这些极端环境生物的适应机制、生物多样性保护以及深海生态系统如何应对全球环境变化的能力评估。地球最深海沟中繁盛的化能合成生命群落，不仅是生命力顽强的象征，更是地球环境演化及碳循环稳定的重要组成部分，激励着科学界深入探索未知深海，解密生命在极端条件下的无限可能。
