在地球上，海洋深处的极端环境一直是科学探索的前沿领域。尤其是深度超过六千米的哈达尔（hadal）海沟——如马里亚纳海沟、千岛群岛-堪察加海沟和西部阿留申海沟——因其独特的环境条件长期以来鲜有生命驻足。近年来，随着先进深潜技术的应用，科学家们首次发现了在这些极端深度环境中繁盛的化能合成（chemosynthetic）生命群落，彻底颠覆了人们对深海生态的传统认知。传统观点认为，最深处的生物依赖表层海洋下沉的有机颗粒作为唯一能源，但最新的研究表明，地壳运动与微生物代谢为深海生态系统提供了稳定而持久的化学能量供应，这对理解生命起源与地球碳循环具有里程碑意义。 化能合成生命是指那些通过化学反应自体合成有机物的微生物及其共生群体，区别于依靠光合作用获取能量的生物。它们以甲烷和硫化氢等无机物为能源，存在于海底火山喷口、冷渗漏区等特殊地质环境。
此次探索聚焦于千岛群岛-堪察加海沟及阿留申海沟，科学家通过乘坐具备全海深能力的载人潜水器“奋斗者”，在5800米至9533米深度范围内发现了广泛分布的化能合成生态系统，深入揭示了这些遥远环境中的生命密码。 这些化能合成社区主要由管状多毛类动物（siboglinid Polychaeta）和双壳贝类（Bivalvia）主导，覆盖海沟超过2500公里的范围。显著的是，生活在最深的“深渊”点位于9533米深处的硫化氢与甲烷富集的底泥边缘，靠近塑造海沟地质结构的断层，以无光照、高压力及低温度的恶劣环境为背景，生物群落表现出惊人的生物多样性和生态密度。类似的社区曾在浅水冷渗漏区及火山喷口得到确认，但此番证实深海底依靠微生物甲烷产生的化能合成过程也能形成繁盛生物群落。 甲烷的生成主要是微生物利用沉积有机质通过碳酸盐还原反应产生，这一过程产生的甲烷渗透至底层沉积物，经由板块俯冲形成的断层孔隙向上迁移，最终在海底形成富集的冷渗漏点。这里的环境富含氢硫化物与甲烷，为管状虫与贝类提供了能量来源。
经同位素分析验证，这些气体甲烷具有典型的生物成因特征，区别于热解或岩石成因的甲烷，强调了微生物在深海碳循环中的关键角色。 科学家们在千岛群岛-堪察加海沟观察到管状虫属中的Lamellisabella、Polybrachia、Spirobrachia及Zenkevitchiana等多样物种群落，伴随着多种定殖于管状虫体表的微型腹足类，以及附近自由游动的多毛类，组建了复杂的生态网络。与之不同的是，阿留申海沟的化能合成群落更多由双壳贝类如Abyssogena phaseoliformis和Isorropodon fossajaponicum占据优势，它们聚集在海底软泥区域，表现出明显的空间分布格局，并吸引着丰富的多毛类与刺胞动物参与生态系统循环。 这些生命的发现展示了极端环境下生物多样性和生物量可能远超想象。最大密度达到每平方米5800多条管状虫与数百只双壳贝类，在地球最深环境中构建起生机勃勃的生命层。图像资料和生物样本揭示了生命体的形态多样性及复杂的相互关系，为研究生命极端适应性提供难得的资料。
此外，沉积物中检测到的钙质六水合碳酸盐（ikaite）晶体，作为有机物分解与微生物活动的指示标志，也佐证了底质化学过程的活跃。地质模型显示，俯冲板块边缘的正常断层为甲烷等还原性流体的上升提供通道，而海沟的V型地貌则充当沉积有机质的天然聚集地，使得这一极端环境中微生物甲烷生成与流体渗漏形成良性循环。 以往关于最深海沟生态系统的研究多聚焦于异养生物依赖表层物质堆积，忽略了底层化能合成能量供应，且相关实际观测较为稀缺。本次深入探索显著挑战了这一观念，揭示了深海生态系统能从地质与生物过程相互作用中获得额外化学能，从而支持包括非共生异养生物在内的丰富生态谱系。换言之，化能合成生命不仅支撑自身繁衍，也促进了底栖异养动物如海葵、铲形虫、海参及多种甲壳类的群落发展，对深海生态整体功能产生广泛影响。 值得注意的是，海底未见气泡逸出表明甲烷主要以溶解态或甲烷水合物形式存在，符合极深水压与低温的环境相态模型。
由此推断，深海沉积层内部充满潜在的大量气体水合物储藏，具备重要的能源及气候效应意义，同时也提示地球深层碳库与全球碳循环存在尚未充分认知的动态环节。 在全球范围内，类似的构造与沉积条件可能普遍存在，使得这些深渊化能合成生态系统分布远比先前估计广泛。如中美洲海沟、秘鲁智利海沟等地均有甲烷水合物及类似群落的迹象，强调了跨洋廊带的生态连通性及进化格局。未来多学科交叉研究，包括深海地质学、生物学与地球化学，将进一步揭露极端海洋环境中生命与物质循环的互动机制。 这种新发现不仅加深了对极端深海生命的理解，也为海洋生物学、地球化学、环境科学及气候变化等多个领域提供了关键线索。在人类日益关注深海资源与全球气候交互的背景下，揭示深海化能合成生命的生态功能与碳贮存潜力，可助力构建更加完整的地球系统模型，指导未来政策制定与环境保护。
整体来看，深海海沟内部隐藏着一幅鲜为人知的生命画卷——那里，生命凭借化学能转换，克服极端黑暗与压力环境，展开了顽强的生存与繁荣，彰显了地球生物的惊人韧性与创造力。
