在地球上最深的海洋区域——深渊海沟中，生命以令人难以置信的方式繁盛著。传统观点认为，海沟的极压、极寒环境以及严峻的资源限制使生命难以存续，但近年来科学家通过先进的潜水器技术，在这些区域发现了丰富的化能合成生命群落，这不仅颠覆了人们对极端深海生态的认识，也揭示了生命适应极限的新维度。化能合成即生物通过利用地球内部释放的化学能（如甲烷和硫化氢）合成有机物，为生态系统提供能量基础，这一机制不仅普遍存在于海底热液喷口和冷泉，也在最深的海沟环境中扮演重要角色。最新的实地探测聚焦于北太平洋的千岛-堪察加海沟及西部阿留申海沟，这两大海沟以极端的水深和独特的构造地质特征，成为研究极端海洋生态的理想场所。科学家们利用“奋斗者”号载人潜水器进行深海探险，发现了在5800米至近9600米深度范围内，绵延达2500公里的化能合成生物群落，将这一极限生态系统的分布尺度前所未有地延伸。这里的生命核心由丝状管虫（siboglinid Polychaeta）和双壳类贝类主导，它们依托含氢硫和甲烷极丰富的流体资源得以生存繁衍。
这些流体通过地壳中的断层渗透，起源于沉积物微生物分解有机物过程中产生的甲烷，其微生物起源已通过稳定同位素分析得到确证。研究显示，地震构造造成的正常断层为这些深部化学流体向海底涌出的通道，而海沟的弓形地形则形成了沉积有机质的天然积累区。这些有机质为化学能微生物提供了充足的底物，产生的甲烷和硫化氢成为化能合成生物的能量来源。该区域存活的化能合成社区不仅结构庞大且种类多样，从长达数十厘米的管虫群体，到大型寄居在底质中的藤壶及贝类，呈现出复杂的生态系统。特殊的是，这些群落中发现了分布极其深远且适应力强的物种，证明不同海沟系统之间存在生物连络网，暗示化能合成社区在全球深海极端环境中具有一定的普遍性和连通性。通过岩芯采样与化学分析，科学家们详细描绘了孔隙水中甲烷和硫酸盐的垂直分布，揭示典型的厌氧甲烷氧化及硫酸盐还原过程，进一步证明了生态系统能量循环的稳定性与复杂度。
此外，发现沉积物中普遍含有具备特殊晶型的六水合碳酸钙（ikaite）结晶，指示早期有机质分解产物的积累，为理解碳酸盐矿物形成机制提供了新的视角。通过对现场条件及气体成分的模型计算，科学家确定甲烷主要以溶解态和水合物形态存在于沉积物孔隙水中，气泡或游离气体相缺失。这不仅反映了极端深海环境中甲烷的稳定形态，同时也有助于阐明海底甲烷资源的潜在规模及其对全球气候系统的影响。海沟中的化能合成生态系统形成机制不同于浅层软沉积中的冷泉。通常浅海的冷泉由次duction带下方的沉积物通过推覆断层释放流体，多半携带热液成分，而海沟底部的冷泉更多源自未经俯冲的深层沉积物，通过弯曲断层向上迁移。这一发现挑战了以往关于深海生物能量来源的单一认知，强调了化学能在深海生物群落维持中的重要角色。
化能合成生物的存在不仅为管虫、贝类等专性物种提供生存基础，也间接支持了大量杂食或异养性底栖动物，如海葵、海参及各种多毛纲环节动物。这种多样共存显示生态系统的复杂能量流转和食物网结构。科学家们认为，化能合成过程在深海炭循环中起关键作用，特别是在海沟这样有机质丰度集中的区域大量微生物将碳转化为甲烷，这部分甲烷适度被封存在低渗透性沉积物层中，减少了向地幔深处迁移的有机碳量。因而化能合成社区不仅是生命奇迹的见证，也可能成为全球碳循环模型中需重新纳入的重要一环。同时，海沟区域可能蕴藏着丰富的甲烷水合物资源，这对能源资源和环境变化均有深远影响。对于未来的研究方向，科学家呼吁展开更为精细的钻探及地球化学测试，探索沉积物内气体水合物的分布及稳定状态。
与此同时，深度基因组和代谢组学研究将揭示主导这些极端生态系统的微生物群落和动物适应机制，揭开生命在极高压力和有限能量环境下的进化秘密。深入理解这些生态系统不仅促进海洋生物学发展，也为极端环境下生命的生物地球化学循环提供了范例，对地球及外星生命研究具有启示意义。总之，在深海最深处，生命凭借化学能合成机制构筑起极其繁盛且复杂的生态系统，丰富了我们对地球生物多样性和深海碳循环的认知，彰显了生命顽强的适应力和复杂的生态联系。未来，随着技术进步和跨学科合作，海沟生态系统的秘密将更加清晰，为保护深海环境及应对全球气候变化提供科学支撑。
