文|創(chuàng)瞰巴黎 Ana?s Marechal
編輯|Meister Xia
導(dǎo)讀：
深海的生態(tài)系統(tǒng)是非常獨(dú)特的，極端的環(huán)境孕育著豐富的生物資源。由于深海勘測(cè)技術(shù)和設(shè)備的缺陷，使得如今的海洋仍是一個(gè)待探索與待開(kāi)發(fā)的領(lǐng)域。探索深海有多困難？深海的探索取得了哪些成果？探索深海對(duì)人類有什么意義？深海采礦對(duì)深海生態(tài)環(huán)境又會(huì)造成什么影響？本期“深海采礦”系列三，帶您了解深海探索的歷史和進(jìn)展。
一覽：
- 深海平原位于海底5000米，環(huán)境極端，陽(yáng)光無(wú)法到達(dá)，難以進(jìn)行勘探。
- 新科技的發(fā)展，給深海探索帶來(lái)了新的可能性。2020年，法國(guó)開(kāi)發(fā)出了能潛至6000米深海的全自動(dòng)潛水器，如此先進(jìn)的設(shè)備世界上僅有四臺(tái)。
- 海底勘測(cè)站也能為科研提供豐富的數(shù)據(jù)。勘測(cè)站既有有線的，也有全自動(dòng)的。
- 未來(lái)科研的目標(biāo)是加深人類對(duì)海底動(dòng)植物的了解。畢竟，深海平原獲得的樣本中有高達(dá)90%的遺傳物質(zhì)來(lái)自未知生物。
水下五千米的深海平原，陽(yáng)光無(wú)法到達(dá)，水溫只有2℃，壓強(qiáng)極大，可即使在如此極端的環(huán)境中，仍有魚(yú)類、海參、海星、海膽、蠕蟲(chóng)等多種生物繁衍生息。不過(guò)，由于海面生成的有機(jī)物只有1%能到達(dá)深海，可供生命汲取的養(yǎng)分十分稀缺，每個(gè)物種的種群數(shù)量很少。為什么生存條件惡劣的深海有如此豐富的生物多樣性？這一問(wèn)題至今尚無(wú)人能解答。
在荒漠般的深海，也有一片片的“綠洲”——海底峽谷、山巒、熱泉都能孕育生命。海底熱泉附近的環(huán)境條件尤為特殊：水溫高達(dá)上百度、酸性高、溶解的氧氣少，但甲烷和硫化氫含量卻不低。水中的細(xì)菌會(huì)將這些化合物氧化，產(chǎn)生能量和有機(jī)物，供海底動(dòng)物利用。海底熱泉周?chē)l(fā)現(xiàn)的動(dòng)物種類和數(shù)量特別多，有巨型貽貝 (Bathymodiolus sp.)、巨型管蟲(chóng) (Riftia pachyptila)、毛腹足動(dòng)物 (Alviniconcha sp.) ，還有成群的蝦 (Rimicaris sp.)。
人類探索深海的歷史有多久？
深海探索的歷史，要從首次深海載人下潛說(shuō)起。1969年，法國(guó)海洋開(kāi)發(fā)研究院的潛水器“西安納”號(hào)啟航深海。1977年，人類首次發(fā)現(xiàn)海底熱泉。1984年，法國(guó)研發(fā)出了能下潛至6000米的“鸚鵡螺”號(hào)潛水艇 [1]，代表著深海探索史上的重大突破?？碧胶５撞粸槿酥拿鼐?，載人潛水器如今仍然是最主要的工具。
現(xiàn)在，科學(xué)家們還擁有了一項(xiàng)新型武器——無(wú)人潛水艇。最早的遙控潛水器（ROV）于21世紀(jì)初問(wèn)世，需要有一條線纜與水面上的船只連接，由操作員遠(yuǎn)程控制。不過(guò)如今已有了全自動(dòng)潛水器（AUV）。2020年，法國(guó)開(kāi)發(fā)出了能潛至6000米深海的AUV，如此先進(jìn)的設(shè)備世界上僅有四臺(tái)，能對(duì)海底進(jìn)行大面積的影像拍攝和地圖繪制。未來(lái)，法國(guó)海洋開(kāi)發(fā)研究院將在AUV上安裝海底生物幼蟲(chóng)收集器，因?yàn)閷?duì)于深海生物的各種生命周期，科學(xué)家最缺乏了解的就是幼蟲(chóng)階段。
深海生物多樣性的經(jīng)濟(jì)價(jià)值
深海生物，尤其是生活在海底熱泉的生物，早已適應(yīng)了極端的生存條件，高壓、高溫、酸性、富含有毒硫化氫的海水對(duì)它們而言“不在話下”?；ぁ⒅扑?、食品加工等許多與生物技術(shù)相關(guān)的行業(yè)都對(duì)這些生物分泌的化學(xué)物質(zhì)十分感興趣。比如，有些蠕蟲(chóng)能分泌具有抗生素作用的化合物 [2]。還有一些深海細(xì)菌能通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生氫氣，在未來(lái)的能源轉(zhuǎn)型中或許能派上大用場(chǎng)。
新設(shè)備是否加深了人類對(duì)深海的認(rèn)識(shí)？
的確，過(guò)去十年，海底勘測(cè)站收集的數(shù)據(jù)給科學(xué)家?guī)?lái)了很大的幫助。這些勘測(cè)站是安裝在海床上的永久設(shè)施，分為兩類。第一類是全自動(dòng)勘測(cè)站，靠電池供能，需要每年定期維護(hù)、提取數(shù)據(jù)。第二類是有線勘測(cè)站，成本高昂，但是可以實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。在東太平洋、北大西洋亞速爾群島海底的勘測(cè)站安裝在熱泉附近 [3]，能持續(xù)對(duì)海底生物進(jìn)行拍攝，并收集各類環(huán)境參數(shù)。
海底勘測(cè)站由于能進(jìn)行不間斷的數(shù)據(jù)采集，能揭示海底生態(tài)系統(tǒng)的神秘機(jī)理，比普通的科考勘探項(xiàng)目?jī)?yōu)越許多，代表著海洋科學(xué)的一大進(jìn)步?？睖y(cè)站發(fā)現(xiàn)，亞速爾群島海底熱泉附近的貽貝群體歷經(jīng)十余年仍保持著驚人的穩(wěn)定性，還反映了潮汐對(duì)深海生態(tài)系統(tǒng)的影響規(guī)律。
環(huán)境DNA分析，指對(duì)生物體在環(huán)境中留下的殘余DNA進(jìn)行分析和物種辨別。這一手段在海洋研究中似乎使用率越來(lái)越高了？
幾年前，法國(guó)海洋開(kāi)發(fā)研究院的深海平原探測(cè)項(xiàng)目 [4] 率先采取了環(huán)境DNA分析手段研究深海生物，統(tǒng)計(jì)深海生物種類。最終統(tǒng)計(jì)出的物種數(shù)量遠(yuǎn)超先前僅靠觀測(cè)得出的結(jié)果。但深海溫度低，有利于DNA的保存，這使研究人員無(wú)法判斷采集的DNA究竟來(lái)自現(xiàn)存的生物，還是遺骸殘?jiān)?/p>
環(huán)境DNA分析的另一個(gè)局限性在于，由于人類對(duì)深海生物本來(lái)就知之甚少，采集的部分DNA無(wú)法與已知物種“對(duì)號(hào)入座”——深海平原獲得的樣本中約有90%的遺傳物質(zhì)來(lái)自未知生物。國(guó)際生物DNA條形碼項(xiàng)目 [5] 正努力擴(kuò)大人類已知物種的DNA庫(kù)，以期克服這一難關(guān)。
既然人類對(duì)深海生物幾乎一無(wú)所知，該如何判斷深海采礦可能會(huì)造成的環(huán)境影響？
我們對(duì)深海采礦可能造成的環(huán)境影響了解不足。最主要的未知數(shù)是采礦影響的區(qū)域范圍大小。采礦的揚(yáng)塵會(huì)在垂直方向擴(kuò)散，最終沉積到海底，但擴(kuò)散得多遠(yuǎn)則不得而知。此外，如前文所述，深海平原是許多稀有物種的棲息地，它們的種群數(shù)量極小，且發(fā)育周期尚不為人類所知。因此，無(wú)法判斷它們的種群再生能力以及在生態(tài)系統(tǒng)中扮演的角色。它們完全有可能因采礦活動(dòng)而滅絕。
在富含多金屬結(jié)核物的克拉里昂-克里帕頓斷裂帶，比利時(shí)的全球海洋礦物資源公司進(jìn)行了一次礦產(chǎn)試開(kāi)采，如今正在通過(guò)MiningImpact項(xiàng)目評(píng)估開(kāi)采活動(dòng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響 [6]。但是判斷在數(shù)千平方公里范圍內(nèi)大規(guī)模采礦引發(fā)的長(zhǎng)期影響，現(xiàn)在尚無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
不過(guò)，深海的總生物量并不大，即使被采礦活動(dòng)危及，也不會(huì)擾亂碳循環(huán)等宏觀生物地球化學(xué)循環(huán)。最終，碳物質(zhì)仍會(huì)沉淀到海底，被細(xì)菌分解，而我們已知采礦不會(huì)對(duì)細(xì)菌群體造成長(zhǎng)期性的破壞。既然如此，保護(hù)生物多樣性是否有某種內(nèi)在價(jià)值呢？這是未來(lái)需要我們思考的問(wèn)題。
參考資料：
1.https://wwz.ifremer.fr/Espace-Presse/Communiques-de-presse/Odyssee-des-grands-fonds-un-nouveau-robot-sous-marin-pour-les-sciences-oceaniques, accessed on 30 May 2022.
2. See for example the work of Aurélie Tasiemski at the Lille Centre for Infection and Immunity.
3. https://www.emso-fr.org/EMSO-Azores
4. https://wwz.ifremer.fr/Actualites-et-Agenda/Toutes-les-actualites/L ADN-environnemental-au-secours-de-la-biodiversite-des-fonds-marins-ScienceDurable, accessed on 30 May 2022.
5. https://ibol.org
6. https://miningimpact.geomar.de