地球的最深海沟，亦称哈达尔海沟，深度超过6000米，长期以来被视为极端环境中生命稀少甚至不可能存活的区域。然而，2024年夏季，科学家们乘坐人类载人深潜器“奋斗者号”潜入西北太平洋的千岛－堪察加海沟和西部阿留申海沟，发表了一项突破性发现：这些海沟底部广泛分布着基于化能合成的丰富生命群落。这些生命群落主要由管形多毛类和双壳类贝类组成，分布距离长达2500公里，深度涵盖从5800米到9533米，刷新了人类对生命在极端深度存在方式的认知。 化能合成生命群落是指利用来自地质活动释放的化学物质如甲烷和硫化氢作为能量源进行有机物合成的生态体系，区别于依赖光合作用的生态系统。在深海海沟底部，沉积物中的有机碳由于地质构造和海洋生态系统高效的有机质沉积，经过微生物分解产生大量的甲烷和硫化氢，这些化学能量为化能合成生命提供坚实基础。科学调查通过同位素分析确认，海沟内的甲烷主要来源于微生物的碳酸盐还原过程，也就是说，深层沉积物中微生物通过复杂代谢路径将沉积的有机质转化为甲烷，这种生物地球化学过程有助于维持海沟生态系统的稳定和繁荣。
此次探险的标志性之一是位于9523米的“最深点”冷泉点，该位置被发现拥有极为丰富的管形多毛类群落，数量密集，管体长度可达20-30厘米，丝状触手暴露于海水中，这些多毛类构成了生态系统的关键基础生物。同时，管状多毛类上聚集了多种小型腹足类动物和自由移动的多毛类，显示出复杂的群落结构和互利共生关系。在不同深度和区域，还发现繁盛的双壳类贝类群落，这些贝类大多携带化能合成细菌共生体，通过吸收海底渗出的甲烷和硫化氢来维持其生命活动。 与以往浅水域或中深度冷泉生物群落相比，这些深海化能社区的物种组成和生态结构表现出独特性。例如，千岛－堪察加海沟以管状多毛类主导，而阿留申海沟和堪察加－阿留申过渡区则双壳类贝类尤其是须管蛤科贝类更加丰富。这种生态差异与深海地质活动、断层分布以及地化环境紧密相关。
断层和板块挠曲产生的裂隙为甲烷及硫化氢等流体的通道，促进了冷泉生态系统的形成和维持。研究人员通过精细的测量证实，流体主要来自沉积物的较深层，由板块俯冲和沉积压缩驱使沿断层向上迁移，直达海底，形成稳定的化学能供应。 地域和深度跨度上的化能生物群落连接揭示了北太平洋深海哈达尔带的生物地理连通性。近似物种在日本海沟、千岛－堪察加海沟和阿留申海沟均有分布，说明这些深海通道可能组成一个生态网络，物质和能量在此实现跨海沟迁移。此外，通过采样获得的线粒体基因序列也显示出物种间的密切亲缘关系，为了解深海生命的演化和适应机制提供新数据。 地球科学和生物地理学的视角不断揭示哈达尔区作为生命极限实验室的重要性。
传统观点认为，哈达尔深渊生物以表层降落有机物和尸体为主要能量来源，然而化能合成群落的广泛存在表明，化学能在哈达尔生态系统中的作用被严重低估。微生物主导的甲烷产生及其作为能量源支持了丰富的中持续生物群落，对生物多样性保持、生态系统稳定性乃至深海物质循环都意义巨大。 地球碳循环研究中，哈达尔海沟沉积物中丰富的甲烷及甲烷水合物的存在，提示了全新深碳贮藏与释放机制。天然气水合物是一种极具潜力的能源资源，理解其形成条件和空间分布对于评估全球甲烷资源和气候变化的反馈机制至关重要。此次研究发现，甲烷既以溶解态存在于沉积孔隙水中，也以水合物形式稳定存在，研究人员推测水合物的稳定层存在于沉积物数百米深处，水合物的解离和生成在深层碳循环中起着关键调节作用。 从生态学角度，丰富且多样的管状多毛类、责编奴纲多毛类、双壳类及其他底栖无脊椎动物群共存，形成了复杂的生物网络和能量流动。
这些生物不仅是化学合成微生物的宿主，也为其他异养生物提供了庇护和生存资源，展现出生态系统的高度功能整合。这种共生关系对抗极端压力、低温和黑暗环境提供了生物适应策略的范例。 未来科学研究亟需聚焦哈达尔海沟的生物学机制和地球化学过程。进一步高分辨率采样和长时间监测，有助于揭示化学能生态系统的动态变化及其对全球深海生态系统的贡献。开发先进的深潜技术与分子生物学方法，将加深对生命极限的认识，促进深海生物资源的可持续利用。 综上所述，哈达尔海沟最深处绵延数千公里的化能合成生态系统，拓展了人类对生命生境的认知边界，挑战了传统以光合作用为基础的能量模式。
深海生命以其独特的生态适应和地球物质循环作用，彰显了地球生命的韧性和多样性。随着科技进步，探秘海底最深处的生命形态，将为地球未来生态保护和资源开发提供坚实科学基础和战略方向。
