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利用新兴技术，揭开深海生物神秘面纱
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作者：Anaïs Marechal
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编辑：Meister Xia
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导读：
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深海的生态系统是非常独特的，极端的环境孕育着丰富的生物资源。由于深海勘测技术和设备的缺陷，使得如今的海洋仍是一个待探索与待开发的领域。探索深海有多困难？深海的探索取得了哪些成果？探索深海对人类有什么意义？深海采矿对深海生态环境又会造成什么影响？本期“深海采矿”系列三，带您了解深海探索的历史和进展。
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一览：
& ?0 g! m+ s' L" V' \& v2 f3 O; k 深海平原位于海底5000米，环境极端，阳光无法到达，难以进行勘探。
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新科技的发展，给深海探索带来了新的可能性。2020年，法国开发出了能潜至6000米深海的全自动潜水器，如此先进的设备世界上仅有四台。
$ E1 E- }6 }. c2 n 海底勘测站也能为科研提供丰富的数据。勘测站既有有线的，也有全自动的。
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未来科研的目标是加深人类对海底动植物的了解。毕竟，深海平原获得的样本中有高达90%的遗传物质来自未知生物。
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水下五千米的深海平原，阳光无法到达，水温只有2℃，压强极大，可即使在如此极端的环境中，仍有鱼类、海参、海星、海胆、蠕虫等多种生物繁衍生息。不过，由于海面生成的有机物只有1%能到达深海，可供生命汲取的养分十分稀缺，每个物种的种群数量很少。为什么生存条件恶劣的深海有如此丰富的生物多样性？这一问题至今尚无人能解答。
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在荒漠般的深海，也有一片片的“绿洲”——海底峡谷、山峦、热泉都能孕育生命。海底热泉附近的环境条件尤为特殊：水温高达上百度、酸性高、溶解的氧气少，但甲烷和硫化氢含量却不低。水中的细菌会将这些化合物氧化，产生能量和有机物，供海底动物利用。海底热泉周围发现的动物种类和数量特别多，有巨型贻贝 (Bathymodiolus sp.)、巨型管虫 (Riftia pachyptila)、毛腹足动物 (Alviniconcha sp.) ，还有成群的虾 (Rimicaris sp.)。
+ j2 K/ X. T, |4 N& S! s: G 人类探索深海的历史有多久？
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深海探索的历史，要从首次深海载人下潜说起。1969年，法国海洋开发研究院的潜水器“西安纳”号启航深海。1977年，人类首次发现海底热泉。1984年，法国研发出了能下潜至6000米的“鹦鹉螺”号潜水艇 [1]，代表着深海探索史上的重大突破。勘探海底不为人知的秘境，载人潜水器如今仍然是最主要的工具。
2 n: V% l/ W/ w. y4 T2 Q6 S& A 现在，科学家们还拥有了一项新型武器——无人潜水艇。最早的遥控潜水器（ROV）于21世纪初问世，需要有一条线缆与水面上的船只连接，由操作员远程控制。不过如今已有了全自动潜水器（AUV）。2020年，法国开发出了能潜至6000米深海的AUV，如此先进的设备世界上仅有四台，能对海底进行大面积的影像拍摄和地图绘制。未来，法国海洋开发研究院将在AUV上安装海底生物幼虫收集器，因为对于深海生物的各种生命周期，科学家最缺乏了解的就是幼虫阶段。
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深海生物多样性的经济价值
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深海生物，尤其是生活在海底热泉的生物，早已适应了极端的生存条件，高压、高温、酸性、富含有毒硫化氢的海水对它们而言“不在话下”。化工、制药、食品加工等许多与生物技术相关的行业都对这些生物分泌的化学物质十分感兴趣。比如，有些蠕虫能分泌具有抗生素作用的化合物 [2]。还有一些深海细菌能通过发酵产生氢气，在未来的能源转型中或许能派上大用场。
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新设备是否加深了人类对深海的认识？
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的确，过去十年，海底勘测站收集的数据给科学家带来了很大的帮助。这些勘测站是安装在海床上的永久设施，分为两类。第一类是全自动勘测站，靠电池供能，需要每年定期维护、提取数据。第二类是有线勘测站，成本高昂，但是可以实时传输数据。在东太平洋、北大西洋亚速尔群岛海底的勘测站安装在热泉附近 [3]，能持续对海底生物进行拍摄，并收集各类环境参数。
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海底勘测站由于能进行不间断的数据采集，能揭示海底生态系统的神秘机理，比普通的科考勘探项目优越许多，代表着海洋科学的一大进步。勘测站发现，亚速尔群岛海底热泉附近的贻贝群体历经十余年仍保持着惊人的稳定性，还反映了潮汐对深海生态系统的影响规律。
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图片来源：美国国家海洋和大气管理局-海洋勘探和研究办公室
# ^8 c1 r$ _' l3 {! _ M9 D 环境DNA分析，指对生物体在环境中留下的残余DNA进行分析和物种辨别。这一手段在海洋研究中似乎使用率越来越高了？
4 i* h# z/ ]3 z8 P! p7 O 几年前，法国海洋开发研究院的深海平原探测项目 [4] 率先采取了环境DNA分析手段研究深海生物，统计深海生物种类。最终统计出的物种数量远超先前仅靠观测得出的结果。但深海温度低，有利于DNA的保存，这使研究人员无法判断采集的DNA究竟来自现存的生物，还是遗骸残渣。
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环境DNA分析的另一个局限性在于，由于人类对深海生物本来就知之甚少，采集的部分DNA无法与已知物种“对号入座”——深海平原获得的样本中约有90%的遗传物质来自未知生物。国际生物DNA条形码项目 [5] 正努力扩大人类已知物种的DNA库，以期克服这一难关。
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既然人类对深海生物几乎一无所知，该如何判断深海采矿可能会造成的环境影响？
& D; z4 g0 S, f# S& c. w6 ^ 我们对深海采矿可能造成的环境影响了解不足。最主要的未知数是采矿影响的区域范围大小。采矿的扬尘会在垂直方向扩散，最终沉积到海底，但扩散得多远则不得而知。此外，如前文所述，深海平原是许多稀有物种的栖息地，它们的种群数量极小，且发育周期尚不为人类所知。因此，无法判断它们的种群再生能力以及在生态系统中扮演的角色。它们完全有可能因采矿活动而灭绝。
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在富含多金属结核物的克拉里昂-克里帕顿断裂带，比利时的全球海洋矿物资源公司进行了一次矿产试开采，如今正在通过MiningImpact项目评估开采活动对环境产生的影响 [6]。但是判断在数千平方公里范围内大规模采矿引发的长期影响，现在尚无法实现。
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不过，深海的总生物量并不大，即使被采矿活动危及，也不会扰乱碳循环等宏观生物地球化学循环。最终，碳物质仍会沉淀到海底，被细菌分解，而我们已知采矿不会对细菌群体造成长期性的破坏。既然如此，保护生物多样性是否有某种内在价值呢？这是未来需要我们思考的问题。
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8 O+ h2 Y4 t8 l% p: @ 参考资料：
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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.
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2. See for example the work of Aurélie Tasiemski at the Lille Centre for Infection and Immunity.
4 d, l' G" p- L+ V* L6 _ 3. https://www.emso-fr.org/EMSO-Azores
$ U' k* m$ z$ b' ] 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.
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5. https://ibol.org
7 l. `, m9 Z/ m+ ]9 j$ v( [ D 6.https://miningimpact.geomar.de
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9 M- w+ G, `) F: Z' d4 P/ p
Lénaick Menot
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法国海洋开发研究院深海环境实验室研究员
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Anaïs Marechal
. C4 @- X A+ o 地球科学博士，科学记者
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