地球上最深的海沟——千米深的哈达尔海沟，一直以来都是科学界极少触及的神秘区域。传统观点认为，哈达尔海沟环境极端，严酷的高压低温条件使生命难以存续。最新的科学探险和研究颠覆了这一看法，揭示出在深达九千多米的海沟底部，存在着丰富且繁盛的化能合成生命群落。它们依靠地质活动释放的甲烷和硫化氢等化学物质，形成独特生态系统，挑战人类对极端环境生命极限的认知。哈达尔海沟中化能合成生态系统的发现，不仅填补了深海生态学领域的知识空白，也为全球碳循环和深层生命科学提供重要线索。近年来，人类借助先进的潜水器技术，如满载深海探索设备的载人亚潜艇“奋斗者”，进入了库页-堪察加海沟和阿留申海沟的颠覆性发现——沿着2,500公里长的海沟底部，化能合成生物群落不仅存在，而且生机盎然，分布范围广泛，涵盖深度从5,800米至9,533米的超深海域。
这些生物群落主要由丝状管虫（Siboglinid Polychaeta）和双壳贝类（Bivalvia）组成，依赖于从断层和地质裂缝中喷发的富含甲烷和硫化氢的液体为能源。这些甲烷主要来源于深层沉积物中的微生物活动，通过沉积有机质在无氧环境下的直接还原反应产生。细致的同位素分析显示，这些甲烷属于微生物来源，与传统石油热力学过程产的甲烷截然不同。哈达尔海沟地质构造的复杂性和地层运动形成了连续且活跃的断层系统，这些断层如同生命的输送管道，将埋藏在深层沉积物中的甲烷和硫化氢输送至海底，为化能合成生物提供持续的能量供应。这种机制使得化能合成生态系统能够在无日光照射、资源极其匮乏的深海极端条件下蓬勃发展。探索显示，在海沟底部灰黑色沉积物覆盖的地方，聚集着密集的丝状管虫和多种双壳贝类。
这些管虫的管径仅约一毫米，但长度可达20至30厘米，形成茂密的群体，为诸如底栖多毛类及多种软体动物和甲壳类提供栖息地。这种生态系统中不仅仅是化能合成生物的繁盛，更是多样性丰富的动物群体相伴而生，形成一个复杂的生态网络。哈达尔海沟的这些发现突破了传统认为深海底应以异养生物为主的认知。相反，数据证实这里的生态系统很大程度上依赖于化能合成的微生物生产力，能有效支撑各种既有共生微生物的底栖动物，也有更多自由生活动物。这不仅重新定义了极端深海生态的能量来源，也暗示了全球海洋生物多样性的另一种可能底层基础。对沉积物中的甲烷分子同位素比值进行系统分析，发现甲烷的碳氢同位素特征均符合由微生物通过二氧化碳还原产生的甲烷，这种类型的甲烷和热解产生的甲烷区别明显。
该结果进一步佐证了这里基于化能的生态系统根本依赖于微生物驱动的代谢过程，而非依赖地热活动产生的热能或传统有机物降解。伴随着高浓度的甲烷，沉积物中还检测到丰富的硫化氢，这些为化能合成微生物与底栖动物提供了丰富的化学能源。沉积物中发现的碳酸钙六水合物（Ikaite）晶体进一步证明了生物与地球化学过程的密切关系。海沟这种V型地貌对浮游植物有机质，以及斜坡坍塌和地震引发的重力流有机质形成了天然蓄积场。丰富的有机物沉积为微生物甲烷生产提供了原料，促进了此类生态系统长久稳定的形成和繁荣。所测得的甲烷浓度远远超过了在该深度水压条件下甲烷的理论溶解度，暗示海底沉积物中可能储存着大量的甲烷水合物（即气体水合物）。
这种水合物不仅是能源储存体，也是全球碳库的重要组成部分，影响着深海碳循环和气候变化趋势。研究团队还基于地质勘测数据构建了海沟冷泉系统的形成模型：深层沉积物中微生物代谢生成的甲烷和硫化氢沿着地壳弯曲断层向上迁移，最终在海沟底形成持续的流体渗出，支撑着化能合成生物群落的生命。与传统浅层冷泉系统相比，哈达尔区冷泉成因更加依赖于深层生物地球化学过程，突显了深海与浅海生态系统机制的明显不同。此次科研成果改写了对极限深海生物圈的理解，强调化能合成在全球海洋生态中的重要贡献，尤其是在极端深水域。生物多样性研究显示，这些生态系统中的诸多物种与日本海沟和其他北太平洋海沟的种群存在亲缘关系，暗示海沟系统生态连通性强，构建了深海生物分布的新图谱。鉴于地质结构相似，哈达尔海沟中发现的富含甲烷的冷泉及其生物群落可能在其他深海海沟中普遍存在，从而改变我们对深海生命栖息地的认知范围。
更重要的是，哈达尔环境中化能合成生物的生态地位，意味着这类生态系统在全球碳循环中扮演着未被充分重视的角色。深层微生物活动产生的甲烷不仅在地质时间尺度上影响有机碳的转化与储存，也可能对未来温室气体释放产生潜在影响。随着探测技术的进步和研究范畴的拓展，未来对深海哈达尔区化能生态系统的深入研究将助力我们理解生物适应极端环境的生理机制、拓展对地球生命多样性的认知边界，并推动全球海洋碳模型的完善。此外，这些发现对能源科学也具有重要启示，深海气体水合物作为甲烷的重要储备形式，有望为未来能源开发提供新思路。面对全球气候变化及海洋环境演变的挑战，深海哈达尔区化能合成生命系统的研究无疑为生态学、地质学以及气候科学等多领域提供了新的研究前沿和发展契机。归根结底，探索和保护这些极端生态系统不仅有助于科学认识的突破，更是可持续发展和人类未来发展的战略支点。
。
