深海最深处的环境一直是科学探索的前沿与难题。特别是哈达尔海沟，作为地球上最深的海洋凹陷区，其极端的高压、低温和黑暗环境，长期被认为难以孕育复杂的生命形态。然而，2024年夏天的科学考察打破了这一传统认知，揭示了哈达尔海沟中存在着高度繁盛的化能合成生命群落，这一发现不仅扩展了人类对生命极限的认识，更深刻影响了全球碳循环模型和深海生态学研究。哈达尔海沟主要包括库页岛-堪察加海沟和阿留申海沟，长达数千公里，海深可达9500米以上。此次由中国深海科学与工程研究院组织的Fendouzhe载人潜水器远征，在这两个海沟中发现了横跨2500公里、深达5533米到9533米的化能合成生物群落。这一范围之广、深度之深，是迄今世界上记录的最深、最广泛的化能合成社区。
此次考察中所发现的社区主要由缨管类多毛纲和双壳纲贝类所主导，它们依托于海底深部地质断层 输送的富含硫化氢和甲烷的流体获得能量支撑。这些流体主要由沉积物中微生物发酵有机质而产生的甲烷构成。通过同位素分析证明甲烷主要由微生物的碳酸盐还原途径产生，证明其生物起源。科学家们认为，由于哈达尔海沟在地质结构上的相似性，此类化能合成生态系统可能在全球多个深海海沟系统中更为普遍。长期以来，深海哈达尔区域的生物群落被认为主要依赖于悬浮有机颗粒和大型有机物残骸落入作为能量来源，被称为洄游有机物传递模式。然而，化能合成生命社区的发现挑战了这一传统观点，显示深海生态系统内的能量支撑机制更加多元，化学能的贡献不可忽视。
哈达尔海沟的V形地形有利于大量富含有机碳的物质积累，包括表层丰产海域产生的浮游植物残骸以及海沟斜坡地震和潜流引发的有机物流入。这些积累的有机物质沉降于深部沉积物，形成厌氧环境，驱动大量微生物通过碳酸盐还原途径产生甲烷。沉积层下的甲烷和硫化氢通过海沟底部的构造断层进一步向上迁移，最终在海底形成冷泉热液流体，支撑化能合成生物群落的生存。这些深海化能合成生态系统体量庞大，生物密度极高，缨管类管虫密度达每平方米数千只，配套丰富的多毛类和贝类近伴。与缨管类共生的多种小型食肉及过滤营养动物亦大量繁衍，使得这一生态系统多样性异常丰富。更令人关注的是，缨管类及贝类等大型化能合成生物体不仅存在于库页岛-堪察加海沟，也分布于阿留申海沟，甚至横跨日本海沟，形成一个覆盖北太平洋西北部海沟带的连通化能合成生态系统，这暗示深海生命的地理分布范围可能远超过人们想象。
生物多样性的发现为科学家研究极端环境下生命的生理适应机制提供了绝佳天然实验室。高压低温对生物细胞功能、能量代谢、基因表达等方面的影响仍不明朗，而化能合成种群的存在揭示它们可能具备独特的压强适应机制和微生物共生策略。此外，这一发现进一步丰富了全球碳循环理论的内容。深海甲烷冷泉作为固态气体水合物的重要源头，其存在与稳定性对于海洋温室气体的释放及长期碳储存具有重要意义。哈达尔海沟深部的气体水合物稳定区面积广阔，说明深海沉积物大量有机碳通过微生物甲烷化被转化与封存，而非简单地随着俯冲板块沉入地幔。这意味着地球深层碳库的构成和碳流动模型需考虑此类深海生态系统的影响，改写了传统碳储存的理解框架。
科学团队通过沉积物柱芯采样及高精度同位素技术分析，确认生物生成甲烷的独特签名，排除热力成因甲烷的可能。进一步的孔隙水化学分析显示典型的硫酸盐还原与厌氧甲烷氧化过程，验证了海底冷泉环境的生物化学机制。地质调查结合声波层析资料表明，海沟内部的压裂断层为这些冷泉的形成提供了必要的通道，同时海沟地形使得有机质得以聚集和保存。与浅海或中深海冷泉相比，哈达尔海沟冷泉系统形成机制具有独特性，主要依托于俯冲板块边缘的压缩与断裂构造。远洋载人潜水器的使用在此次发现中起到了关键作用。超过一万人深的探索深度和高清海底视频录像使科学家得以对极端环境下的生态系统进行直接观测及样本采集，构建了第一手的生物群落图谱及环境参数支持。
这标志着人类深海探索技术进入了新纪元。今后的研究需要进一步关注这些深海化能合成系统的功能角色、代谢网络及与周围生态系统的物质和能量交换。确认这些系统对深海食物网的贡献程度以及整体生态系统稳定性的影响是关键环节。同时，随着气候变化对海洋环境的影响愈发显著，监测这些甲烷水合物稳定区的动态也显得尤为重要，以预防潜在的甲烷释放对全球气候系统造成冲击。综上所述，哈达尔海沟中繁盛的化能合成生命群落的发现，极大丰富了海洋生物多样性及极端生态学的研究内容，为深海生态系统的能量流动和地球碳循环过程提供了新的科学注脚。这一突破不仅让我们重新审视地球生命的适应与演化极限，也为未来能源资源和环境变化研究开拓了崭新领域。
海洋科学家和生态学家期待通过多学科深度合作，进一步揭示哈达尔深渊这片神秘水域中的生命奥秘，推动全球深海保护和可持续利用迈上新台阶。
