在地球的最深处，距离海平面近千米甚至上万米的深渊海沟中，科学家们发现了一种罕见且至今鲜少被记录的生命形态——依托化学能生存的生态系统。近期在北太平洋的西部，特别是库页-堪察加海沟和阿留申海沟底部，长达2500公里范围内的化能合成生命群落被揭示出来，成为迄今全球已知最深、最广泛的化能生态系统。这一伟大发现不仅挑战了人类对于深海极限环境生命存在的传统认知，也为研究地球深海碳循环和极端生境生态系统的功能提供了宝贵的科学基础。海沟内生物依赖的能量不仅来自太阳光驱动的有机物沉降，更有地质活动释放的甲烷和硫化氢等还原性物质支持，显示出深海生态系统复杂而多样的能量利用机制。哈达尔区丰富的甲烷来源和微生物碳酸还原过程为这种活跃的化能生态系统提供了稳定的能量供给，成为生命在极端压力、低温和无光环境下持续繁衍和演化的基础。 哈达尔海沟独特的地质构造是化学能丰沛释放的关键。
这里地处太平洋板块向北美板块俯冲的交界地带，地壳弯曲和板块边界的断层系统形成多道纵深断裂，为深部甲烷和硫化氢沿断层迁移到海底创造了条件。海沟的V型地形作为天然的有机物汇聚区域，源源不断地沉积大量的海表初级生产物和地质灾害引发的底质输移物，有机质在无氧环境条件下经微生物作用逐步分解产生甲烷，同时积累成甲烷水合物。升迁的含还原性流体从海底裂隙喷涌，实现了向海底化能生物提供能源的转化，使得通常依赖光合作用的生态系统在无光深渊拥有新的能量通道。通过亚基于人类载人潜水器“奋斗者号”的调研，科学家首次在9,533米深度的位置观察到密集的管虫和双壳类群落，如Siboglinidae家族的毛管虫和共生的深海蚶类，成为迄今发现的最深化能合成生态系统个体。 这些生态系统显示出奇特的物种多样性和生态组合。深海管虫群落以Lamellisabella、Polybrachia、Spirobrachia和Zenkevitchiana等多种siboglinid物种组成，管虫体内含丰富的血红蛋白，以捕获化学物质支持体内共生细菌的化能代谢。
伴随的多种甲壳动物、蠕虫、海参以及捕食者共同构建复杂的食物网结构。视频录像和生物样本显示，生态系统在空间分布上表现出强烈的斑块性，管虫和双壳类生物形成交替分布的密集群落，体现海底流体活动的动态变化和生态系统对化学能资源的响应机制。在较浅的阿留申海沟，类似的化能生态系统以蚶类Clams、管蠕虫Ampharetidae为主，且伴有丰富的微生物菌毯，这种群落结构差异显示了物理环境与生物适应性的多样性。 地球化学分析为生命的能量来源提供了坚实证据。采自水推动力核心的沉积样本中检测到高浓度的甲烷，稳定碳同位素和氢同位素分析表明，甲烷的主要来源为微生物介导的碳酸盐还原过程，而非热成因烃。这意味着有机质沉积于海底后，依靠极端厌氧微生物群落的代谢活动产生大量甲烷。
在进一步的断层流体迁移作用下，这些还原性流体携带的甲烷和硫化氢在海底断层裂隙处喷发，形成冷泉。沉积物中高含量的硫化铁和独特的六水磷灰石矿物ikaite也印证了活跃的硫化物循环及微生物矿化过程。同时，甲烷水合物的稳定存在为能源的储存和释放提供了可能的地质载体，进一步支撑化能生态系统的持久性和规模。 对深海生态圈的意义不容忽视。此前人们普遍认为哈达尔区生命能源主要依赖表层的颗粒有机物下沉及偶发的动物尸体坠落。然而，最新研究证实，深层地质过程持续供应的化学能是这些极端深渊生态系统的重要甚至主导能量来源。
化能生物群落不仅为特殊共生类群提供生存空间，还通过食物连锁关系支持着包括海葵、海星和底栖甲壳类等异养生物，为海沟生态系统提供了更丰富的生态层次。化学能的稳定注入扩大了生态系统的能量维度，重塑了科学界对海底生命动力学和全球碳转化通道的认识。 该发现还揭示了深海甲烷在全球碳循环中的潜在关键作用。哈达尔区广泛的甲烷矿藏，尤其以微生物脱还原甲烷为主形成的水合物，可能长期储存大量有机碳，限制了部分有机质向地幔深处板块俯冲的碳通量。通过断层体系的迁移，上升的甲烷流体参与冷泉形成和生物圈能量供应，体现出深海界面流程对碳循环的复杂调控机制。即使在其他地质构造相似的深海海沟中，也可能存在类似广泛的化能生命群落和地质碳库，这为全球海洋碳模型的完善及气候变化长周期预测提供新的重要参数。
未来科学探讨的重点包括对海沟内甲烷水合物分布的精细测绘与采样、化学能生态系统的生理适应机制、生物群落间的相互作用，以及深海生物对高压低温极端环境的遗传和代谢调控。发展深海钻探和长期生态监测项目将有助于揭示这些环境中碳代谢的动态平衡，进而促进对深海作为全球碳汇角色的深化认识。此外，探寻哈达尔极端生命的微生物共生网络和基因组学基础，预示着对生命起源和地外生命搜索等重大科学课题的启示。 哈达尔海沟的化能合成生命群落代表了地球生命在极端环境中的顽强适应力和生态创新。它们不仅丰富了人类对深海生态多样性的理解，也开辟了科学研究的全新前沿。正如历史性的深海热液喷口生态发现改变了海洋科学的全貌，当前的发现则昭示着深海最深处存在着更为庞大和多样的生命舞台，从能量流到生态互动，再到地球系统演化，均需结合这些新现象重新审视。
随着技术进步和国际合作的加深，对哈达尔生态系统的持续关注将持续释放更多科学价值，推动我们对地球生命极限的认知达到新高度。
