利器善事：深海装备引领深海生物科学发展 - 深海生物研究

张偲院士和杨志峰院士团队在Science Bulletin第17期上发表了题为“Deep-sea organisms research oriented by deep-sea technologies development”的文章，综述了过去五十年深海技术如何促进深海生物研究的发展历程，系统梳理了深海环境中生物多样性发现、环境适应机制、生物进化过程及生态系统连通性的认知历程，强调了深海技术创新对引领深海生物前沿研究的重要性，指出了基于生物研究需求的深海技术开发的主要挑战和发展方向。

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幅员辽阔的深海孕育了地球上最大的生态系统，热液、冷泉、鲸落、海山和海沟等典型深海生态系统被广泛发现，打破了早期深海是“生命禁区”的认识。然而，受深海装备技术的限制，深海进入的难度限制了人类对深海高压、高温/低温、黑暗和寡营养特殊环境生境的深刻认识。目前，人类只在不到1‱的深海生态系统进行了观测或采样。人类对于深海生境中生命体的多样性特征、环境适应性、生态功能和服务价值等认识仍然非常匮乏。工欲善其事必先利其器，研发能够获取深海生物生长、生态系统发育及与环境变化相互作用的相关技术至关重要。 0 W8 O p% d/ g7 L! e) E9 i( ]' r# D

深海生物研究发展历程

过去五十年文献计量分析表明发现深海技术的类型与深海生物的研究热点显著相关 (图1(a)，图2(b))。近年来，深海生物研究热点正逐渐从新物种发现、环境特征监测向生态系统适应性和联通性探索转变(图1(b))。

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图1  深海环境生物研究过程及深海装备贡献的文献计量学分析.

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图2  深海装备与生物学研究重点的相关性分析

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深海技术促进深海生物前沿研究

研究发现与技术发展密切相关(图3)，深海潜器、微生物培养与模拟实验系统、深海底观测技术和深海分子生物学研究方法等促进了深海新物种的发现，给研究深海生物对极端环境的适应性，以及生物联通性带来了新的机遇，这些技术可辅助实现特定生态服务功能的深海生物的可控培养，为开发利用高价值的深海生物资源提供了新的窗口。

图3 以深海技术发展为导向的深海生物研究发展概念图

未来深海技术研究启示

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创新深海装备技术是突破深海生物研究瓶颈的关键，未来在深海环境探索、测量、观测、取样和实验研究方面，必须创新发展，获得对深海生物研究的新认识，才能更好开发、利用与保护深海生物资源。主要创新领域如下：

提高更深、更广、更长久探索深海生态系统的能力

开发大尺度原位条件保真模拟实验系统

提高深海装备的环境自适应能力

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研究团队正在开展建设一个水下实验室（图4），可携带3名科学家和多种设备长时间进入深海冷泉生态系统开展多种原位实验和长时间调查。此外，研究团队提出建设一个模拟长周期和大尺度冷泉生态系统发育过程的大型模拟装置，现已列入国家发改委的“十四五”规划，基于该科学装置模拟仿真冷泉生态系统，是探究深海生态系统发育过程和生物体综合适应机制的新方向（图5）。

图4. 深海生态系统立体协同观测工作模式

图5. 大尺度冷泉生态系统模拟装置示意图

■ 原文信息 

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Feng Jing-Chun, Liang Jianzhen, Cai Yanpeng, Zhang Si, Xue Jingchuan, Yang Zhifeng. Deep-sea organisms research oriented by deep-sea technologies development. Science Bulletin, 2022, 67(17): 1802-1816, doi.org/10.1016/j.scib.2022.07.016 【点击下方阅读原文】

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