哈达尔海沟作为地球上最深的海洋区域之一，其极端的高压、低温和无光环境长期以来被认为是生命难以存活的禁区。然而，近年来科学家们在这一几乎未被探明的深渊中，发现了前所未有的化学合成生命群落，彻底颠覆了人们对深海生态系统生命力的传统认知。2024年夏季，一支由中俄及多国科学家组成的联合考察队，利用能够下潜至近11000米深度的载人潜水器“奋斗者”，揭示了库页-堪察加海沟和西阿留申海沟底部存在广泛而繁盛的化学合成生态系统，唤醒了人们对生命极限和深海碳循环的新思考。化学合成生态系统依赖于地质活动所释放的甲烷和氢硫化物等化学能量，通过微生物将化学物质转化为有机物养分，支持以管虫和双壳类为主的生物群落。此次考察覆盖2500公里的海沟底部，从5800米到9533米深度均发现了以管虫类和双壳贝类为主的寒冷喷口生态系统，部分区域的物种密度甚至达到每平方米数千只，展现出惊人的生命繁荣。这些生物群落的重要发现标志着人类首次在极端深度的哈达尔海沟底部系统性确认了化学合成生命的广泛分布。
科研团队通过深入海底地质结构分析和沉积物化学监测，证实了这些化学合成社区依托于深层沉积物中微生物驱动的甲烷生成过程。甲烷主要源自于沉积物中有机质在无氧环境下微生物发酵产生，经由俯冲板块边缘的一系列断层通道上升至海底形成冷泉。稳定同位素的检测结果支持甲烷主要由微生物通过二氧化碳还原途径产生，这种形式的甲烷具备独特的碳氢同位素签名。此外，沉积物中还发现了碳酸钙六水合物（伊卡石）等矿物证据，进一步印证了复杂的碳酸盐沉淀过程与微生物活动密切关联。气体与孔隙水的化学特征揭示出海底存在甲烷水合物，尽管现场未观测到气泡喷出，但溶解和结晶的甲烷在沉积物中大量储存，形成这一远深地区独特的甲烷库。地质模型显示，深海沟底部的V字形地形自然积聚大量有机物质，这些有机质通过海面浮游植物的春季大爆发以及斜坡塌方、地震诱发的重力流不断向下输送，成为微生物甲烷生成的能量源泉。
俯冲板块带来的构造挤压促使这些甲烷沿着板块弯曲产生的正断层向上迁移，最终在沟底形成连续而稳定的冷泉环境。生态观察中，管虫类体内寄生的化学合成细菌通过氧化甲烷和硫化氢，提供必需的有机物滋养管虫和潜伏在其周围的多样化生物，包括聚毛类蠕虫、各种贝类、腹足类和甲壳类等。这一复杂生态系统不仅依赖化学能量源维系自身，也对沟内大量异养生物提供食物补给，显著影响广泛的深海生物群落结构与能量流向。与以往认为深海缓慢而有限的食物输入相比，这种局部的化学合成机制为生物群落持续提供丰富而可靠的能量支持，彰显了生命在极端环境下的惊人适应力和多样性。更重要的是，哈达尔海沟中甲烷的生物地球化学过程，尤其是微生物介导的甲烷生成和氧化，对全球碳循环具有重大意义。深海沟作为有机物和甲烷的重要储存库，可能延缓了有机碳被俯冲带进入地幔的速度，影响长时段的全球气候变化和地球碳储量动态。
此前对甲烷水合物的认知多集中在较浅水域，此次在哈达尔海沟探明其存在，更是拓宽了甲烷水合物资源的分布范围，为全球能源储备与气候模型提供了新视角。学术界和政策制定者对于这一新发现的重要性给予了高度关注，深海生命的多样性、适应机制以及深海地质过程的联合作用，为海洋科学、地球科学和环境科学等多领域研究注入了强大动力。未来，科学家们计划开展更系统的深海采样和长时监测，以揭示这些极端生态系统的动态变化机制及其应对环境变化的能力。此外，对深海微生物群落功能和基因表达的详细研究，有望挖掘更多极端环境适应生物新资源，为生物技术和环境保护开辟新的道路。哈达尔海沟中的化学合成生命群落不仅是地球生物多样性的奇迹，也是理解深海生命起源和维持机制的关键窗口。它们证明了生命在极端环境下依然能够找到生存的路径，并在看似荒芜的环境中创造生态繁荣。
随着深海探测技术和跨学科研究的不断推进，未来深海的秘密将逐步揭晓，助力人类更深刻理解地球生态系统的复杂性以及生命的韧性极限。如今，库页-堪察加和阿留申海沟的研究成果已成为科学界的里程碑，为全球深海科学研究树立了新的标杆。生态系统的延展性、甲烷循环的活跃性以及地质-生物交互作用的丰富性昭示，深海并非生命的终点，而是另一个充满活力与神秘的生命乐土。
