地球的哈达尔海沟是海洋最深邃、最神秘的生态系统之一，深度超越六千米，甚至触及一万米大关。长期以来，人类对这些深海区域知之甚少，普遍认为其极端的环境条件限制了生命的存在。然而，随着科技的进步和深海潜航器的开发，科学家终于揭开了这些暗黑海底的一角，发现了前所未见的化学合成生命群落。这些生物并非依赖阳光进行光合作用，而是依靠海底喷发出的化学能量生存，创造出生命的奇迹。近年来对位于库页—堪察加海沟及西部阿留申海沟的科学考察表明，化学合成生命不仅存在，而且广泛而繁盛，揭示了深海生态系统的多样性和生命力的顽强。 这一发现源于2024年夏季的海洋科学考察，科学家们通过搭载先进的满载深海潜航器“奋斗者号”对海沟最深处展开探索。
在超过五千八百米至九千五百米的水深范围内，研究团队惊喜地目睹了以丝状管虫和双壳类软体动物为主导的庞大化学合成生物群落，这些生物依托于富含硫化氢和甲烷的海底渗流为生。令人震撼的是，这样的生物群落自库页—堪察加海沟一直延展至阿留申海沟，总长达到两千五百公里之广，覆盖了海沟底部广袤的区域。生物种类的丰富以及其庞大的数量证明了生命在地球上极限环境中的适应和扩展能力。 这些海沟深处的生态系统完全不同于浅海或中深海的景象。传统观念认为，深海生物主要依靠源自海面下沉的有机颗粒物（如浮游植物残骸）和大型有机坠落物维持生命，但哈达尔海沟新发现的生物群落说明，化学合成过程形成了重要的能量来源。海沟底部的断层和地质裂缝成为化学物质流动的通道，来自沉积物深层由微生物作用产生的甲烷和硫化氢沿着这些断层上升，形成冷泉渗流。
泄漏出的还原性流体为生活在无光的极端环境里的生物提供了能量和营养，使它们能够进行化学合成，构建起独特的生态系统。 这些化学合成生物主要包括以管状体形式存在的丝状管虫，它们的肉体内部寄宿着有能力利用化学物质进行能量转换的细菌，共同维持复杂的营养链。与此同时，大型的贝类，如海沟特有的贻贝和蜗牛等，也依赖这种微生物共生的方式获取营养。显微分析和基因测序确认，这些生物群落的组成在库页—堪察加海沟和阿留申海沟有所差异，但总体结构稳定，有些物种甚至分布广泛，跨越不同海沟，形成了北太平洋深海生物网络。这一现象提示，地球深海生命之间可能存在着远距离的生态联系与基因交流，超越了我们对孤立深海区的固有认识。 地质因素是塑造这些深海化学合成生命群落的关键。
库页—堪察加海沟和阿留申海沟两条海沟均处于太平洋板块与北美板块的交汇处，构造活跃，具备多条正常断层和断裂带。这些地质结构不仅形成了海沟深切的V形地貌，还成为甲烷和硫化氢渗流的自然通道。微生物在底部沉积物厌氧条件下，通过将沉积有机物分解为甲烷的过程，促使甲烷积聚在深层沉积物中形成甲烷水合物。随后，由于构造挤压力的影响，携带甲烷的流体沿断层迁移并最终喷发于海底，支撑起冷泉渗流与化学合成生物群落。 科学团队通过对沉积物核心样本的气体和同位素分析证实，渗流中的甲烷主要来源于微生物的碳酸盐还原作用。甲烷的碳氢同位素数据符合微生物生物合成的特征，进一步剖析了深海微生物对深层碳循环的贡献。
此外，黑色沉积物中浓厚的铁硫化物沉积及特殊的六水合碳酸钙矿物“伊凯石”，都证明了化学合成环境的存在及其活跃的地质化学过程。温度和压力条件则对甲烷水合物的形成和稳定起到了决定性作用，使其在海沟深层得以长期保存。 与以往仅发现小规模化学合成群落不同，本次研究首次揭露了有着数千平方公里范围、上万只个体密集聚集的大型化学合成生态系统。这些生态系统中，丝状管虫的密度最高可达每平方米超过五千只，贝类数量亦达到每平方米数百只，这在深海生态研究中属罕见。遥感视频和高清摄像提供了生物丰富度和空间分布的直观证据，显示化学能不仅是在海沟生物能源结构中扮演重要角色，也可能对其他异养生物有重要的营养补充作用，影响整个深海生态圈的物质和能量流动。 科研人员认为，这些哈达尔海沟的甲烷渗流生物群落拓重新的生命适应极限，并挑战了传统对极深海生态食物网的理解。
它们不仅代表着极限生命形式的范本，更提示海洋深处巨大的生物多样性和生态功能尚未被完全发现和认识。未来对这些区域的进一步勘探和实验将揭示生命如何在极端高压、低温及无光环境中调控代谢过程、环境互作及进化机制。 此外，研究结果对全球碳循环模型和气候变化预测亦意义深远。甲烷作为重要的温室气体，其在海洋深部的储存与释放机制，直接影响全球温室效应的强度和时间尺度。哈达尔海沟沉积物中丰富的甲烷水合物潜藏着庞大的碳库，既可能作为碳的长期封存地，也存在未来释放风险。对这些深海系统的深入研究，能改进对海洋碳汇动态的理解，提升全球气候模型的精确性，为地球环境保护提供科学依据。
地球最深的海沟群落展示了生命顽强的适应力及深海生态系统的复杂性。哈达尔海沟的化学合成生命群落不仅彰显了无光环境下生命的多样性，更是科学探索深海极限生命的崭新窗口。未来，随着深海技术的不断进步，更多神秘的生物体系将被发现，助力人类了解地球生命多样性和地球系统的复杂互动，开创海洋科学研究的新纪元。
