在地球的最深处，存在着许多未被充分了解的神秘世界。海洋的海沟区域，尤其是哈达尔海沟（Hadal trench），以其极端深度和高压环境著称，长期以来被认为是生态系统极为稀少甚至缺失的地带。然而，最新的科学考察发现，在这些深不见底的海沟底部，存在着丰富而多样的化能合成生命群落，彻底改变了我们对极深海生态系统及其能量供应的传统认知。化能合成生命群体依靠无机化合物如甲烷和硫化氢为能量源，通过微生物代谢活动维系着生态链，形成了与阳光无关的独特生物圈。2024年夏季，中国科学家携手国际科研团队，使用全深度载人潜水器“奋斗者”号，首次对库页岛-堪察加及西阿留申海沟展开深度系统考察，成功发现了地球上最深且范围最广泛的化能合成生命群落，深度从5800米延伸至惊人的9533米。此次发现不仅刷新了深海生物的生存极限，也为理解地球深层碳循环和生态能量流动提供了重要依据。
库页岛-堪察加海沟和阿留申海沟位于太平洋板块和北美板块的交汇处，是板块俯冲带活动频繁的典型地质区域。由于其独特的造山带构造，深海底部分布着大量断层和褶皱构造，为来自深层沉积物中的甲烷和硫化氢含量丰富的流体提供了泄漏通道。科学家们在多个探测航次中截获了大量化能合成动物，如筒虫纲的拟管虫和多种双壳贝类，这些生物通过与内共生微生物建立紧密关联，实现甲烷和硫化氢的利用，摆脱了对阳光和传统有机物质的依赖。此次调查发现的化能合成群落沿海沟底部形成了一条长达2500公里的生态带，展示了惊人的生物密度和多样性。在库页岛-堪察加海沟的极深处，密集的拟管虫群落不仅数量庞大，还与多种自由活动的多毛类、腹足纲软体动物及其他异养生物共存，显现出高度的生态复杂性。相比之下，西阿留申海沟的化能合成群落以双壳贝类为主，常见物种如豆形深渊蛤蟆以及多种较小型的贝类，在海底断层及断层鞍部形成大面积聚集现象。
科学团队通过采集现场的气体和沉积物样品，结合稳定碳氢同位素分析，确认了甲烷的生物起源，并揭示了微生物驱动的甲烷生成过程。来自沉积深层的甲烷及硫化氢气体沿沉积物断层向上传输，最终从海底渗漏形成冷泉环境，为化学合成生态系统提供能源支持。甲烷分子在极端压力和低温条件下形成水合物，稳定存在于沉积物孔隙中，显示出深部环境的复杂化学过程。伴随甲烷和硫化氢的排放，富含铁硫化物的黑色沉积物遍布海沟底部，进一步成为细菌和其他微生物繁盛的微环境，为更高营养级的动物提供赖以生存的基础。此次研究不仅填补了化能合成生态系统在极深海沟的分布空白，也提示这些生态体系可能比之前认为的更加广泛存在于全球的深海海沟中。探索表明，哈达尔海沟作为全球最深的海洋环境，其生态系统不仅依赖于来自海洋表层的有机颗粒物沉降，更受到微生物介导的化学能供应的显著影响。
这一观点有助于重新评估极端环境中生态系统的能量预算和物质循环。化能合成生命群的发现带来了多方面的科学启示。首先，它拓宽了生命耐受极端压力和深度的生存边界，促进了对极端生物适应功能的深入理解。研究这些生物的生理机制将有助于揭示耐高压、高寒及极端化学环境下的代谢策略，或为生物技术和医药开发提供新思路。其次，海沟底部富含甲烷和其水合物的存在提示了潜在的天然气资源储备，对全球能源格局具有战略意义。当前对甲烷水合物的稳定性、生成及释放机制仍存诸多未知，此次调查的数据为深海甲烷循环研究奠定了基础。
第三，这些深海生态系统与周边异养生物群的共存关系提示，冷泉生态体系构成了深海底栖生物的营养补充途径，影响了整个深海食物网的结构和功能。若后续研究能够定量评估这一能量补给效应，将对全球深海环境的生态模型产生深远影响。然而，尽管取得了突破性的进展，科学家们也指出目前对哈达尔海沟深部的生物学和地球化学过程仍有诸多未知。深入的地质钻探和更精细的生态跟踪研究将有助于揭示气体水合物的分布形态及变迁规律。未来多学科合作的国际探险计划将深化对海沟生态系统的整体认识，推动海洋科学的前沿发展。总结来看，位于海洋最深处的哈达尔海沟化能合成生命群落的发现，极大地丰富了人类对地球生命多样性和极端环境生存能力的认知。
化学能支持的深海生态系统不仅挑战了传统的海洋生态学范式，也为全球碳循环与气候变化研究增添了新的视角。这一发现提醒我们，地球生命的边界远未被完全探明，而深海依旧是充满惊喜和机遇的科学边疆。随着科技进步和探测能力的提升，未来深海探险将揭示更多隐藏在黑暗中的生命奇迹，进一步解锁地球上最极端生态系统的秘密，同时为保护和合理利用海洋资源提供科学依据。
