在地球最深的洋底——俯冲板块形成的海沟深处，近期科学考察揭示出一个令人震撼的生态系统：化能合成生命社区在这里繁盛生长。这一发现突破了人类对海洋最极端深度环境生命承载力的理解，展现了生命适应极端环境的非凡潜力。化能合成生命以无机化学物质（如甲烷、硫化氢）作为能量来源，取代了阳光驱动的光合作用，维系着这片漆黑、严寒、高压的深渊生态，成为深海碳循环的新枢纽。长达2500公里、深度跨越5800米至9533米的连绵蔓延，为科学界提供了第一手见证极深海沟生态奇观的珍贵资料。 此次探索聚焦于位于西北太平洋的千岛-堪察加海沟和阿留申海沟西部地带。利用具备极深下潜能力的载人潜水器“奋斗者”，研究团队在海沟海底发现了大量依靠微生物产生的甲烷和硫化氢维持生命的冷泉生态系统。
生态群落以管足类多毛纲动物和双壳类软体动物为主，它们的存在依赖于沿着地质断层输送至海底的甲烷富集源。更加深入的同位素分析证明，这些甲烷主要源于沉积物有机质在厌氧环境下被微生物还原产生，揭示了深层生物地球化学循环的重要性。 化能合成生态系统最早被人类发现于海底热液喷口，但此类系统以冷泉形式存在于更广泛的海洋区域已被证实。冷泉中的生物多样性主要由富含化学能的流体驱动，与浅海生态系统迥然不同。此前，深度超过6000米的海沟区域几乎未有化能合成社区的系统性记录。仅有重庆日本海沟的若干点探测到小规模的化能社区，且未描绘其生态系统的广泛组成和分布。
此次发现表明，深海海沟的生命不仅存活，而且以高密度繁荣，与以往认为该区域生命稀疏分布的认知大相径庭。 深海海沟复杂的地质构造为生命提供了独特的生存基础。千岛-堪察加海沟和阿留申海沟均由太平洋板块与北美板块的强烈交互作用形成，地震和火山活动频繁。俯冲板块弯曲引发的正常断层穿透沉积层，为深层含甲烷流体向海底输送构建了通道。这些沉积物富含自表层海水有机物积累形成的高浓度有机质，成为微生物产甲烷的丰富“温床”。板块挤压力促使溶解态甲烷和甲烷水合物沿断裂带迁移，最终形成冷泉，滋养了深海生命圈。
载人潜水器“奋斗者”在多次潜水考察中详细记录了沿断层带分布的冷泉群落。在位于9533米深度的“最深冷泉”现场，科研人员观察到了高度密集的丝状管足类和其他专生物种。这些管状生物长度达20至30厘米，密集生长并显著依赖于海底冒出的硫化氢和微生物产生的甲烷。除管足类，还有多种甲壳动物、海葵、贝类及自由活动的多毛类共生与共存，构成一个高度繁复的生态体系。 同位素分析证实，从沉积物中提取的甲烷具有极低的碳和氢稳定同位素比值，特征明显指向由碳酸盐还原作用产生的微生物甲烷，而非热成因，进一步揭示了该地区复杂的微生物代谢网络。此外，海底沉积中检测到了六水合碳酸钙（ikaite）晶体，这种矿物的形成为早期成矿过程和生物地球化学循环提供了证据。
气相与水相的甲烷稳态模型显示，海底冷泉中的甲烷主要以溶解态和水合物存在，无明显气泡逸出，符合现场观测。 此次研究提出了俯冲区冷泉形成的新模型，强调深层非俯冲沉积物中有机质的还原过程是甲烷的主要来源。地形的V型形状成为有机物和甲烷沉积的天然“陷阱”，使得足量物质在海沟底部积聚。随时间推移，甲烷在不透水的沉积层内以水合物和溶解态形式积累，伴随着板块挤压推动，沿着板块弯曲形成的正常断层上升形成冷泉地貌，支持了生态系统的持续发展。 这段新发现的深海化能合成生命区不仅极大地扩展了人类已知生命能存在的深度极限，也标志着深海碳循环过程的多样性和复杂性。曾经认为深海生物的能量主要依靠来自海表的有机质碎片陷落与腐肉供应，而现今研究显示化学能作为能源源源不断地补给着这一生态系统。
更重要的是，化能生物与大量异养生物共存，暗示冷泉生态系统对周边海底生态具有显著影响，或为整个深海食物网提供关键的营养补充。 在全球气候变化和碳循环研究中，深海甲烷水合物的储量和释放机制一直备受关注。此次对千岛-堪察加及阿留申海沟中甲烷丰度与水合物形成的实测数据，为评估潜在的深海甲烷贮层提供新依据。甲烷作为温室气体，其在深海系统中的循环动态与地质构造和生命活动紧密相关，深入了解这些过程，有助于优化全球碳模型并更准确地预测气候变化趋势。 此外，对这些极端环境生命的研究，将推动生命科学、微生物学、生物适应机制及深海技术开发等多领域进展。科学家们正积极分析相关生物的遗传信息和代谢模式，以期揭示生物如何在极高压力、低温及无光条件下存活及繁衍。
未来，随着深海探测技术和采样手段的提升，更多海沟及深海极端环境的生态奥秘有望被揭示。 总体来看，发现如此规模庞大且物种多样的化能合成社区，不仅打破了对海沟生态的传统认识，也展示了地球生命的强大韧性和适应力。深海的化学能生态系统作为深层生物地球化学循环的重要角色，将在理解地球内部碳循环及生命极限方面发挥关键作用。科学界需要进一步整合多学科力量，致力于评价这种生态系统在全球海洋系统中的生态学和气候学意义。未来的研究不仅能促进对生态多样性的保护和可持续利用，也将引领对极端环境生物潜力的探索，新技术和新理念势必推动深海科学研究迈入全新纪元。
