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深海的环境较为特殊，孕育了酶资源、基因资源，也是矿产资源的主要产区。为了抗拒压力，深海生物们进化出各种各样的“武器”，甚至开发了雌雄同体来解决繁衍问题。海山生物长得慢，生命长，难以恢复，需要我们将其作为脆弱生态系统加以保护。深海中生活着哪些特别的生物？它们是如何在恶劣的环境下生存的？我们应该怎么保护深海生物？ + n, B- b8 `, s M* l7 z: z4 E. |& w
出品：格致论道讲坛
W/ I7 N* B' \+ Z$ x6 ? 以下内容为中科院海洋研究所研究员徐奎栋演讲实录： 8 f; ~" d8 ?% `6 |6 j: @7 P
海洋占了全球71%的面积，平均水深是3682米，海洋产生了全球一半的氧气，相当于我们每人每呼吸两口气，一口气的氧气就来自海洋。 & x$ P* L" A/ L& w1 s
同时，海洋产生了全球二分之一的净初生产力，相当于和陆地植物一样多，而且产生了三分之二的生态服务价值。 ) h) K5 J% B, V1 S9 j! ~2 G
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: d i1 k, T7 J/ Z) t 这是从海底看地球，在大西洋两侧的一张图。 ' |3 J5 J- r U0 @* }- b' [4 B, B+ s
图中非常长的棕色部分就是近海，即200米以浅的陆架海域，这是非常窄的一个小地方，绝大部分都是深海。
$ i" ]4 G3 y# O$ t6 \" F2 j4 V* b1 o 出了陆架，海洋很快变得非常深，到了陆坡，然后到了深海。
# _, K' X( ?0 N8 u# k' C" Q! ^8 E, B 我们通常定义深海为水深超过1000米的海域，占海洋面积的90%。
- e6 t% E4 d$ _/ K 人类了解比较多的是近海这片区域，对广袤的深海了解很少，人类对海洋的探测不超过海洋面积的5%。 4 Q7 S6 [9 `* Y- D$ F T! G" ]3 k8 {8 q
所以有人讲，我们对火星表面的了解、对月球背面的了解都比深海要多。 , P J5 Z5 {6 \4 s! w1 l
但是海洋又非常重要，它其实和陆地的地形非常相近。 2 h/ h- Y( P6 B3 {1 i# O
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4 [' Z+ K9 F1 ?- k; Z7 E4 n; S 它有平原、有峡谷、有深渊，还有很多海山，还有一些非常特殊的化能生态系统，也就是热液、冷泉，通过海底喷出的这些化合物，来供养一个生态系统。 , l) x. T) q6 q% q& Q
深海是一个神秘的世界
! {( e, I% F+ z# [ 深海很特别，特别在哪里呢？ * X6 ^ Z1 ]9 b( m+ n
深海非常寒冷，压力非常大，非常黑暗，是几乎无光的世界。 * q1 B- Y7 O/ C z
生物想要生存在这个世界里，肯定要有非常特殊的结构，也孕育了非常特殊的酶资源、基因资源。 ' `3 I1 u" N& G
深海也是矿产资源的一个主要产区，包括一些结壳资源、结核资源、稀土资源，都在深海。 ) f8 x' k/ O6 y* c! s) J: M6 a7 ^
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深海这个特殊的环境，也孕育了很多新奇的生物。 # W/ E& \: q, C% f* A! k. D3 u
可以说我们在近海发现的生物，在深海都能找到同类，但是绝不可能找到同样的物种，通常，近海和深海中的物种是截然不同的。 , s+ T& X* s# n+ u
另外，深海有很多富钴结壳，就产生在海山的地方，包括稀土。 - \. i$ w% P/ ~* \2 X6 ?5 @ t
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: i! O( r. g. l6 o' c 有些人讲，下一个采矿的区域就是深海，因为这些矿产资源可以满足地球陆地不能满足的资源。
- ?; H8 h5 a# @% C4 { 现在关注深海，也关注生命起源的问题。
: B: t; t* W" f F 深海是一个比较特殊的生命系统，是不依赖太阳光的生命系统，靠海底冒出来的这些“黑烟囱”，那些硫酸盐、硫化氢、甲烷这些系统来供养一个生命，包括热液。 % o' H# J5 K% q/ ^
很多人在探究生命起源的过程中，发现热液生态系统和当初地球产生生命时的场景非常相似：无氧、高温、大量的硫化氢、大量的二氧化碳。 ' G( K1 x" [" K# ?/ i
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所以大家探测深海，也是在探究生命起源的密码。 " g- N* ?5 A: k# X
深海最主要的一个特点就是深，所以压力大，每增大10米，压力就增大一倍。
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2 b$ X0 N) q8 L* ]. P6 c7 w 我在深海马里亚纳海沟那里做了一个实验，如图显示，我把一个类似方便面盒大小的泡沫盒放到6000米的海沟里，然后再把它拉上来。 : ^/ j; D+ @8 j% q( o& a' Z2 b
拉上来后，这个盒子变得非常小，被急剧压缩了，这相当于什么呢？ 5 Z- ^/ x% g, W# _
在一万米的深处就有1000个大气压，这相当于在你的指甲上放一吨重的东西，这个压力是非常可怕的。 + W1 Z) j/ v* `) G# B
深海的生物也压力山大，所以它们开发出各种各样的武器来抗拒深海的压力。
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比如这种狮子鱼，深海狮子鱼是深渊的典型鱼类，它通过把皮肤变得非常通透，使身体里的组织可以产生更多的含水量。
+ A$ Q$ U: X. n. S: ]' w 同时他们做了CT，看到它的骨骼非常纤细，容易弯曲，它通过这个结构，包括一些内部物质的变化，使自己变得通透，可以抵抗压力。
" u4 P4 v3 k, f& P# A& O' ?: w2 N 另外，深海非常寒冷，深度超过2000米的深海，温度通常都小于4度。 , J2 j2 A" @7 [( A
一些鱼为了防止被冻僵，它的血液里就产生了一种糖蛋白，相当于一种防冻液。 ; h' T+ v/ Y# R0 F8 _' E
到了深度约1000米的深海，就几乎没有生物学意义的光了，几乎是无光的世界，所以很多生物尽管有眼睛，但眼睛其实已经退化了，这是一种适应的结果。
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深海生物生活在深海，就要解决两大问题：第一个是生存，第二个是繁衍。 ( K, W, v: Q3 P# l7 w3 B: S2 l
关于生存，我们知道深海生物的主要食物来自于上层海洋通过光合作用生产的有机物质沉降到海底。 9 L& j, h, G* W
这些食物在沉降的过程中，很多都消耗得差不多了，被分解掉了，所以深海生物面临的很大的问题就是饥饿，只要捞到食物，就一定要让自己吃饱。
1 l* p; z. O$ p% L 比如深海鮟鱇，这种鱼嘴特别大，一旦抓到食物，就可以吃掉比它自己身体大两倍甚至三倍的食物，一旦吃掉，可能就解决很长一段时间的生存问题了。 9 M4 y) w' z5 W* c8 h
另外，深海的鱼类嗅觉特别灵敏，把一块肉放到海底，很快就会有很多鱼过来，这也是满足自己生存的需要。 I! l' x( o* o. J2 L
有些生物因为个体稀少，在种群的繁衍时遇到很大的问题，所以它们就自己开发出雌雄同体，解决了繁衍的问题。
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深海的特殊环境也产生了很多的海怪，深海的鱼都特别丑陋，它的嘴巴特别大，抓到食物那就不能放掉。
. l/ L: W" @' q4 x 包括海蟑螂，在有岩石的海边，很多跑得非常快的小蟑螂，只有一两厘米，到了深海，它的同类可以变成40厘米那么大。 / \% L! ]7 S9 K6 Q0 `! ?
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+ h, {, {! P+ k$ N3 O& L3 { 所以深海产生了非常多的生物，这些生物提供了很好的研究未来新兴化合物资源的基础。 ' _9 p6 J; A8 U2 ^
海底的生命绿洲
+ A7 X$ N) N; s. M/ m 人类的好奇心驱动着我们对深海的探索，大导演卡梅隆自己出钱到澳大利亚做了艘小潜艇，就是一个载人的深潜器，潜到了马里亚纳海沟。 2 w1 c$ |* u, W+ P" j& F u# ]& t
差不多到海沟底，即深度将近10000米的地方，据他自己讲，他在5000米以内时还可以看到很多的生物，包括鱼类。 0 u$ P* @. i( k# r7 q( f: s
但是到了5000米以上的地方，就什么都看不见了，只听到潜艇吱吱嘎嘎地响，那确实是一种挑战。
# M$ n! J% V! J 海底到底是沙漠还是生命的绿洲呢？ ; T+ R" n) u+ {4 D
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- e. L: K: G V9 N3 e/ J# I3 i 这是在热带西太平洋2000米深的海底看到的影像，大部分地方都是茫茫的白沙，这种沙就是上层的有孔虫沉降到海底形成的有孔虫砂。
) h# L8 T$ O) \ [( A# ? 大部分地方像海底沙漠，但是到了一些地方，我们可以看到生命绿洲。 7 u! M/ p. j& N, A9 L
到了海山、热液、冷泉、有喷出物的地方，就可以看到生命的盎然存在。
( W' A; w6 L ~6 Q) J I/ W 海山是生命的绿洲，顾名思义，海山就是海底山，通常界定为从海底算起的高度超过1000米，不露出海面的山，露出海面的就是岛或礁。
; O# C, ?5 q8 m" L- B! z. e 海山都是当年海底火山喷发形成的，全球超过1000米的海山差不多有三万座，有的人说甚至更多，它占了全球至少16%的面积。 % b& a% Q: J/ y7 J/ Q
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6 X% r9 M1 j0 Z8 p% D; P 可以说海山是海底非常常见的一种生态景观，海山为什么重要呢？
: a& ?: `: c8 w: ~% [+ a 海洋中都有环流、有海流，海流一旦碰到山，就要爬坡，形成上升流，通过上升流把营养物质带到海表。 7 t9 M$ H7 O2 |, P
这样光合作用就可以产生了，形成一片高生产力的区域，有吃的，鱼就来了，一些可以吃鱼的生物，比如大洋的鲨鱼，鲸类就过来了。
0 L& a- ]1 s2 a$ \ 所以通常来讲，有海山的地方，都是有大洋渔场的地方，也是生命聚居的地方。
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生物在深海中要繁衍，繁衍肯定从一个地方扩布到另一个地方。 + q8 \$ `* a* U% P2 X
因为深海底的生物跑得非常慢，它们主要通过幼体来扩布，它必须通过流找到一个合适的地方，才能繁衍下来。
' {) z" q; t# U/ @, u 只有在海山这些地方，又能找到自己的同类，又有吃的、有喝的，它就可以很好地在这里拓殖下来，在这里生存下来。 3 H2 V7 p0 G7 V
座头鲸生命中70%的时间都在一些地方驻足，后来研究发现，它们驻足的地方基本上都是海山。 * @& u n* d9 c3 [( b
因为海山给它提供了很好的食物基础，它把海山作为自己的一个驿站。 / }4 j U# Z* z$ t6 t
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8 G$ r4 A/ T/ q$ a( D3 I! i8 @$ Y 海山都是当年海底喷发形成的，绝大部分都是硬底，很多东西就长在这上面，包括一些深海的珊瑚、深海的海绵。 $ l0 h7 ?" _% D1 G v& R1 a9 X
深海的海山生物长得非常慢，生命又很长，最老的一个动物差不多4600多岁。 5 p" |" l3 G. U2 B& X* u
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右侧这张照片是我们在马里亚纳海沟旁边的一个海山采到的一株冷水珊瑚，我们回来给它测了年龄发现长了1200岁。
) E0 d( e. O6 F! z9 E 这样的生物都长了几百年、上千年，一旦被破坏，恢复起来会非常难。
# C" \$ u9 l( d q2 U8 o 目前，深海采矿已经开始了。
) P$ t8 h. z# U4 P; \6 T 未来深海的主要采矿区，这些富钴结壳，包括结核资源、底拖网的深海捕捞，就可能对海山，包括其他深海的生境产生非常大的影响。 ; |2 w0 l6 Z/ ~9 j3 C4 \) K$ e
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因此，联合国机构开始关注海山，把海山及其生态系统作为脆弱生态系统加以保护。
( T' U+ E0 |9 Z- o5 @ 我们要保护海山、保护深海，就必须要研究它。 ) v2 O5 y" h4 j+ l* ~. x7 J
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5 I& P3 W( _$ E5 X& K 举个例子，这两张图是我们去年在西太平洋的卡罗琳海山采到的两个海蛞蝓，它是一种贝类。
" H' d, O6 d7 J0 g$ ` 全球有3000多种海蛞蝓，大部分都在浅海，这是我们在第一次在西太平洋的深海采到的。 M, ~ t% R' [1 q$ ?: v% O
有些人会讲，这个东西这么稀有、这么萌、这么好，一旦采上来，不是破坏它吗？ - O% u, R3 Z3 t% P
如果我们不研究它，就不知道它是什么东西，不知道它在哪里分布，那么如何保护它？ , L9 D7 B' n9 E
所以要保护深海、保护深海的生物多样性，我们首先必须要认识深海，了解这种生物是不是特别。 / b* M6 V- F' d+ y4 c- m# |
深海的探测研究 6 J* ^* l/ w3 q
深海研究最大的问题是如何采集样品，即如何获得这个样品，我们再来研究。
3 t8 h3 C$ g3 t8 K3 p/ L 以前无法研究深海，只能望洋兴叹，因为没有装备，我们出不去，也很难潜得深，也看不见什么东西，拿不上来。
5 p- y' B' N% }* z 我们之前怎么做深海的生物采样呢？ 0 V. W/ ?; k3 Z0 i6 N4 Z& }0 O" f
可以说就是盲拖，我们通过阿氏网或类似拖石头用的爬网，放到海底拖20分钟，甚至半小时，结果不仅破坏海底的生境，往往还会丢失很多设备。
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( [' v O- m3 P m$ t2 V2 l 我们在一个航次中丢了两个设备，坏了三个，而且都是比较贵的设备。
0 t7 T# ?) p) k! z+ t 最大的问题是，拖这个设备得有一个缆，那个缆都是上千万元的，很容易把缆拖断，所以非常危险。
: h2 ~7 }: f' s! }& I 工欲善其事，必先利其器。随着我国的“科学”号服役，我们可以真正开始深海探索的梦想。
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“科学”号有一个神器：“发现”号ROV，即无人有缆的深潜器。
) {% f& c- \" m7 t ROV有两个机械手，左侧是一只粗手，干粗活重活的。右边的手是干细活的。 ; e" X2 u7 i1 E' B4 c! Y
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6 _* e/ k7 G& ^* l& V- D* u$ h! R 同时，它有七个螺旋桨，有自持力，可以在深海中自己跑，我们就坐在船上，在ROV的操控间里盯着设备。 a2 }) {) |$ W& x* u9 |0 p0 y& t
通常我们需要三个人，一个驾驶，操控ROV来飞，另一个操控机械手来抓。我通常坐在旁边，告诉他们哪些地方需要拍一下。
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自2013年起，我们在西太平洋，主要是在马里亚纳和雅浦海山、雅浦海沟这片区域开展了五个航次的探测，探测了九座海山。
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这就是我们的船到了西太平洋，然后探测到海山、了解海底地形后，开始下放我们的ROV，把它放到底。
2 [9 {# T ~% G7 i ROV有一个脐带，那就是一个缆，这个缆是给它供电的，我们可以操控供电。 ( K! ]- \, @8 m5 T) w
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它自己有螺旋桨，这是侧面螺旋桨，它能以两节的船速自己航行。 }& [. p% V6 |# D
一旦到了海底，几乎不通过缆来操控这艘船，它自己往前飞、往前跑，我们就坐在操控间里。 0 G4 d6 ]% P5 l4 y1 I* P- i
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这已经到了将近1000米深的海底，这是一种多毛类
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海底有很多这样的珊瑚，生物非常多，看起来它们像小草、像树，其实它们都是珊瑚类动物。
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这是一个海绵，这种生物主要是把海水的海流带来的食物进行收集过滤。 ; x" z+ m: J( r/ `
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! ? C$ _( g) e4 L2 r+ R: z# j* q 这是深海虾，深海的虾绝大部分都是红色的，它们游泳方式都不一样，浅海的虾游泳大都是狗刨式的，深海的虾基本上就像划桨。
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+ V' w' A/ d2 C2 S+ A" ?/ }) t 这是海底的龙戏水，我们用ROV制造出来的类似景像。
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% y6 S( f: G/ O 这是一只小飞象，因为它飞得太快了，所以我们来不及给它更好的近妆照，这时大家非常激动。 ( p5 k5 U7 I6 u% v5 T' Y6 H
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8 |7 _7 l8 J2 A% Z 这是一个软体动物，和八带蛸类似。
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这是海底像草一样的东西，但都是动物，是深海的珊瑚类，尤其在石头上，因为石头可以接触更多海流，可以带来更多食物。 . _4 E7 `) G* |! \7 D% }
通常来讲，这种珊瑚上有很多生物附着，深海的珊瑚，包括海绵，多的时候可以形成珊瑚林，形成海绵场。
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这是一个深海的海参，是半透明的。 7 @7 b0 W7 J) l( ?9 F8 I
如果发现特异的、没有研究过的生物，我们通常会用机械手来抓取。 2 g& D: W- [3 a4 h6 F+ b4 p
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: p9 r: X, O0 ^. g6 t; O5 s, l 这一片区域我们之前几乎都没有探索过，所以我们这次采的样品，至少三分之一以上，都是以前没有见过的、没有描述过的东西。
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这是细机械手，可以精准地抓取一些东西。
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这是一个柳珊瑚，差不多有50厘米高。 2 T) s* ]6 Z7 N3 {& H7 k6 {
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9 e9 ], B7 o' j# f" C1 q- g 这是一种非常特别的半索动物，它吃的是底下的沙子，它的肠道几乎都可以看得非常清楚。 $ R4 W! F" Z Y. l4 `1 X# p
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2 @; l' L; a8 U+ U+ ^% o 这是一个海葵，一刺激它就收缩了。
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- \2 Y. @1 d% n- L9 z+ r ) U7 q: ?3 [( b& @9 y
( l9 J1 P% z8 w" c+ n% H' L- D 这是一个海百合。海百合全部都是深海的。 2 S. o4 I3 r: n; _7 R5 J0 z5 {
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8 } u5 b% ^' N% ?8 t0 X" {
$ L. j N( X. ]% o 这是一个深海的多毛类。 ( l% k/ x# L- }2 }" T
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5 o' O- ~4 E' A/ {& j0 ^8 t; Q& B 有些地方珊瑚聚集成堆，我们称之为珊瑚林。 + h; l4 `. _: [9 D2 T* I0 ^1 X+ {
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& R: z8 X! d: c9 r, \ 这是海蛇尾。 + F* w, S2 i3 ?! |1 u |! d# G o
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* y# \5 D# t* h5 B7 s 海山地形都非常复杂。
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2 @7 O/ u+ x4 v2 Z, P! x 这是一个螺旋的金柳珊瑚。
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这个黄色的是海绵，一些微生物附着在上面。
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这是一紫色的珊瑚。
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, w4 E# X8 @. U. }3 J, T# E3 v 这是一株像瓶刷一样的珊瑚。
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这一株是柳珊瑚，两个小绿点相当于一个激光笔，它就是一把尺子，是33厘米。 ' b1 l9 V, u& {
采集上来，到了甲板上，就开始保存这些样品，用于以后的研究。
7 d3 u. y2 i& s" `* i. ` 同时，我们不仅开展生物的采样，地质、化学，包括生物生态我们都做。
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# T/ Z+ }# k; l8 u# J4 Y6 a+ k 这是在船上晚上作业的场景，做了一些深海的采集。
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这是“科学”号的甲板，非常宽敞，这是驾驶室。 7 U. p$ h! i& ^+ R- \3 [! q1 ]
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! i! a6 r' G. l G 每个航次都要给出一个全家福。 . P# f+ o: s$ [; n b8 c* F' \) C
大家可能比较关注，刚才的小飞象命运怎么样了，从1200米的深度，我们像吸尘器一样把小飞象吸上来，到了船上还活着。 x9 ]/ _$ ]7 o: k ?3 l* }
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右图的扇贝是海湾扇贝，深海的扇贝几乎是半透明的，左图是日月贝，像玻璃一样。 4 Y2 x5 O6 [- X: j) y
海绵，尤其是玻璃海绵，是深海海山中最常见的类群之一。 [. V: e3 |' ~- G
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这是一个偕老同穴海绵，为什么叫“偕老同穴”呢？
6 I5 U s- ~, t) K: r5 r 因为这个海绵里面是空的，是网状的，采到海绵时一定会发现一雌一雄两个俪虾。
2 o1 i" ~" ~$ \9 P- y 因为它们小时候贪玩进去了，长大了以后出不来了，就永远待在一起，所以叫“偕老同穴”。
* b- s/ [4 y! \4 r# t* ]. t 生物新发现
; A' [* Q$ `/ i) V( K) G 过去几年，我们开展了国内最大规模的海山生物探测研究，获得了大量的新发现。
2 U9 o( {. U J1 |/ ]* ^ 我们在西太平洋采了差不多600多种，初步研究来讲，至少三分之一，有些类群甚至一半都是新东西，都是之前没有研究过的东西。 % C( E( J8 W% w$ S8 y
那我们现在做什么呢？ . v% X5 a+ _% p7 h8 }
我们在了解西太平洋的海山，这片区域到底有什么生物？它们在哪里分布？它们怎样生活？ 6 Z: F4 M* y; o2 m
在海上采样非常艰苦，我们中国的船出去以后，是24小时都在工作的。到了站，就是来工作、干活，在到下一站之前，我们可以休息一下。
9 d" o- u( N% a2 I" N 大家有时一个航次出去，至少要一个月，长的时候甚至50天左右。 8 U5 u6 f& g, E; z
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西太平洋风平浪静后是非常美丽的，这就是在西太平洋拍的。 1 H4 T2 d; ]7 V' m$ x- n
海上起波浪乍起时，经常看到一种飞鱼从海面上出来，可以飞100多米，它一旦飞起来，就吸引了这种鸟，叫褐鲣鸟。
$ w% S* U5 L0 E( b! \7 p% V7 Q 褐鲣鸟特别喜欢飞鱼，一旦它飞起来以后，褐鲣鸟马上就会来了，一场捕食盛宴就开始了，非常好玩。 ; ^0 @, R' d8 p5 |$ U! }
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$ F5 d0 M% T. m6 Z8 E! o7 A7 ?0 n 我给大家展示的只是深海的一角，深海还有太多我们不了解、不认识的东西，我希望也通过这个报告，给大家提供一个认识深海的窗口。 1 _+ B0 ^" f* Y1 ^) {4 x
我也希望大家能一起来认识深海，一起来关心深海，关心我们的海洋。
3 n( O+ a7 M \ “格致论道”，原称“SELF格致论道”，是中国科学院全力推出的科学文化讲坛，由中国科学院计算机网络信息中心和中国科学院科学传播局联合主办，中国科普博览承办。致力于非凡思想的跨界传播，旨在以“格物致知”的精神探讨科技、教育、生活、未来的发展。获取更多信息。本文出品自“格致论道讲坛”公众号（SELFtalks），转载请注明公众号出处，未经授权不得转载。 2 W; P2 G2 P, A* h4 w5 U9 Y" a
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