解鎖深淵生態“清明上河圖”密碼

走進“溟淵計劃”科研團隊——

解鎖深淵生態“清明上河圖”密碼

2025年3月7日，是人類探索深淵生命值得紀念的一天。

這一天，三亞崖州灣畔，一幅展現深淵生態的“清明上河圖”緩緩呈現，標志著我國深海生命科學研究邁入國際前沿。

3月7日，由上海交通大學、中國科學院深海科學與工程研究所、華大集團聯合發起并執行的“溟淵計劃”（馬里亞納海溝環境與生態研究計劃）第一階段成果在三亞面向全球發布。王昊攝

繪就全球首個海洋最深生態系統圖、首次對深淵生態系統進行系統研究、首次建立全球深淵生物大數據庫并開放共享……這一天，由上海交通大學、中國科學院深海科學與工程研究所、華大集團聯合發起并執行的“溟淵計劃”（馬里亞納海溝環境與生態研究計劃）第一階段成果在三亞面向全球發布。

萬米深淵會發現哪些生命奇跡？科學家探索深淵又有哪些鮮為人知的故事？記者走進“溟淵計劃”科研團隊，揭示萬米深淵神秘密碼，探索萬米深淵生態的“清明上河圖”。

探索：繪就全球首個海洋最深生態系統圖

深淵，全球海洋最深的區域，水深超過6000米，代表著地球上最少被探索的極端環境。

以世界最深的海域馬里亞納海溝為例，最深處達10909米，足以“吞沒”海拔8848.86米的珠穆朗瑪峰。這里的壓力相當于1100個大氣壓。

“萬米深淵的巨大壓力，相當于在我們指甲蓋上站了一頭成年大象。”上海交通大學深部生命國際研究中心主任、海南研究院教師、“溟淵計劃”聯合發起人和召集科學家肖湘說。

據資料顯示，在2020年之前，全球只有9人曾到達過海洋最深點馬里亞納海溝底部。“2005年以后，國際深海微生物研究幾乎沒有發表過頂級期刊論文。”上海交通大學副研究員、海南研究院教師趙維殳說，能成功下潛萬米以下深度且重復使用的潛水器，更是全球屈指可數。

2020年底，我國成功完成萬米級載人潛水器“奮斗者”號海試，憑借其獨特的采樣能力和超長海底作業時間，成為當今全球唯一具備深淵系統調查采樣能力的載人潛水器。

“大國重器”的研制成功，讓研究20多年高壓微生物的肖湘看到了希望。“實驗室模擬高壓環境進行高壓微生物的研究已經走到了盡頭，再往前研究就必須走進深淵。”肖湘說。

“奮斗者”號載人潛水器的機械手采集深淵沉積物。

“溟淵計劃”科研團隊完成搭乘載人深潛器對深淵環境開展系統性的科考活動后，乘科考母船“探索一號”抵達三亞。

肖湘在做下潛前的準備工作。

2021年10月，上海交通大學研究團隊與中國科學院深海科學與工程研究所、華大集團等國內多家科研單位的60名科研工作者，在三亞登上科考母船“探索一號”，奔赴馬里亞納海溝開始進行深淵科考，這也是中國科學家第一次搭乘載人深潛器對深淵環境開展系統性的科考活動。

面對首次深淵下潛，肖湘團隊做足了備航工作，帶了40多箱的設備。“現在，我們只需要準備十幾箱設備就行了。”肖湘解釋說，最初的科研目標不明確，都想多做一些前期性的探索項目。

在“溟淵計劃”實施之前，國際上只有深淵微生物、大生物等方面的碎片化研究成果。“這些很難系統解答它們為什么會在深淵里，它們如何在哪里生存，它們之間又有什么關聯。”肖湘說。

在2021年這次航行上，“溟淵計劃”科研團隊就科研目標進行了討論。“當時，我們的想法就是要和以前的研究不一樣，不能只去找一兩個高壓適應基因，而是通過一個整體性的研究，來解釋深淵生命的秘密。”趙維殳說。

“奮斗者”號載人潛水器的機械手。

最終，“溟淵計劃”科研團隊一致認為，應該借助“奮斗者”號載人潛水器和其他實驗設備的優勢，系統描繪海洋最深處的生態全景圖。

“就像‘清明上河圖’一樣，能夠看清海洋最深處的生態系統。”肖湘解釋說，任務明確后，“溟淵計劃”科研團隊每一次下潛都會獲取不同樣本，盡可能覆蓋多學科，實現樣本、數據共享。

“溟淵計劃”科研團隊對馬里亞納海溝、雅浦海溝和菲律賓海盆6000-11000米水深區域進行系統采集，獲得水體、沉積物等樣本2000余份，其中雅浦海溝最深點為人類首次到達。

探底：萬米深淵目睹生命“繁花”

深淵是一片寂靜的生命荒漠？“溟淵計劃”科研團隊多次深入深淵海底探索，發現深淵微生物在最深海域超高靜水壓（600-1100個大氣壓）下異常繁盛。

“當我們坐底時，探照燈打開那一瞬間，黑暗深淵中極其深邃的深藍色背景下，可以觀察到有很多小小的、肉眼能夠勉強看到的小蝦、小水母之類的生物在游動。這一刻，我就意識到深淵肯定不是生命的荒漠。”趙維殳說，她身處深淵環境，對深淵生物有更深刻的認識。

在馬里亞納海溝最深處，肖湘通過潛水器舷窗有限的視覺，看到在海底的沙土之上，棲息著各種各樣的生物。“我們在海底足球場大小的一片區域里面，找到了海葵，看到了來回游弋的鉤蝦……深淵生物是很繁盛。”肖湘激動地說。

馬里亞納海溝海底的海星。

馬里亞納海溝海底的水母。

馬里亞納海溝海底的海葵。

“大概10個平方米大小的海底，就能看到趴著1只半個巴掌大的海參，周圍還分布著其他一些生物，這個生物量在這樣的環境里面是非常高的。”肖湘說。

“很多東西在沒有親眼看到的時候，是根本想象不出來的。當你走進這個地方，親眼看到這個地方，才會迸發出對這個地方的向往。”華大集團海洋領域科學家劉姍姍表示，這一刻生死問題并不重要，最重要的是全身心投入深淵生物研究。

在深淵極端環境里，每下潛一米，都是對設備性能的巨大挑戰。“我們一次下潛時間是6個小時。‘奮斗者’號載人潛水器無論是水下設備，還是水面設備，都為科研人員提供了強大的安全保障。”肖湘說。

“寧冒風險，不當逃兵”“只有崗位，沒有單位”“應做盡做，精益求精”。走進位于三亞崖州灣科技城高新區的上海交通大學海南研究院深部生命國際研究中心三亞崖州灣研究基地，這24個字的標語掛在辦公室最顯眼處。“溟淵計劃”科研團隊成員平均年齡不足40歲，大家靠著一股拼勁，不斷下潛，創造奇跡。

“大家深知深淵探索有巨大的風險，但在實驗室里收獲一個數據，獲得一項成果，眼前就會浮現出深淵美麗世界，一切都值得。”趙維殳說。

通過對采集的1648份深淵沉積物、622個鉤蝦樣本及11種深海魚類進行分析，結合深淵海底現場觀察，研究團隊還取得多個突破性發現。

科學家團隊研究鑒定出7564種深淵原核微生物，89.4%為此前未報道過的新物種，其多樣性與全球已知海洋微生物總量相當。“89.4%，這個數據讓人非常震驚，說明深淵生物物種新穎性非常高。”趙維殳解釋說。

“溟淵計劃”科研團隊還發現，深淵微生物通過“精簡型”和“多能型”兩種適應策略，在深淵高壓、低溫、寡營養環境中異常繁盛，支撐了深淵生態系統的繁榮。

破題：萬米深淵生物如何抗壓

如此多元化的萬米深淵生態，生物吃什么，食物從哪里來？“這是困擾很多研究人員的一個現象。”趙維殳解釋說，通過研究發現，深淵微生物的食物是人類通常認為不能被利用的物質，這足以說明深淵微生物具有很多獨特的功能。

趙維殳以石油污染物為例介紹說，石油含有苯環的化合物，在深淵底部也成為了深淵微生物的食物。“微生物就相當于地面上植物。它長得好，深淵初級生產力就會很強，深淵中的魚蝦也就有了穩定的食物來源。”

而這一研究結論歸功于大數據的解析。“溟淵計劃”科研團隊建立了“深海采樣—基因測序—數據分析—實驗室驗證”全鏈條科研模式。肖湘團隊負責設計系統性科學研究框架，結合中國科學院深海所的深淵現場作業經驗與華大集團的基因測序技術，三方協同實現了載人深潛取樣裝置、低成本基因測序技術、全海深環境模擬培養體系的全國產化。

“一共有100多名科研人員參與了‘溟淵計劃’，尤其是在三亞崖州灣科技城高新區，上海交通大學、中國科學院深海所、華大集團三方都有相關的機構。”肖湘表示，三亞為“溟淵計劃”各項研究提供了有力支撐。

經過科研人員3年多的努力，一項項數據揭開深淵生物神秘面紗：

研究發現鉤蝦基因組達13.92GB，是人類基因組（3.2GB）的4倍多，刷新了端足目的基因組紀錄；

通過11種深海魚類的高質量基因組的比較研究發現，深海魚類的演化奇跡從白堊紀開始，而深淵魚類的環境適應機制也挑戰了傳統理論；

發現TMAO（氧化三甲胺）并非唯一抗壓法寶，多不飽和脂肪酸的積累也能維持細胞膜流動性，助力魚類對抗高壓。其代謝策略與微生物研究成果形成系統印證；

……

“溟淵計劃”系統研究深淵生態系統食物鏈，從微生物到無脊椎動物（鉤蝦）再到脊椎動物（魚類），闡明了極端環境下生命協同演化的科學規律，將人類對海洋生態的認知拓展至萬米深淵。

同時，繁榮的深淵生態系統展示出深淵在新基因、新結構和新功能方面的巨大資源潛能，為解決全球生物資源枯竭困境提供了新思路。

關于生物如何“扛住”超高水壓等深淵極端環境，團隊也提出了一套全新的“共適應”理論。

“對深淵生物的適應策略的研究，發現不同生命類型在同一種極端環境下會采取相似的應對策略。無論是微生物、無脊椎動物還是脊椎動物，比如鉤蝦和魚，它們適應高壓的策略是一致的，包括采取了抗氧化的策略，包括利用了具有相似功能的細胞保護劑。”趙維殳介紹，抗氧化也是人類抵抗衰老和部分疾病的一種重要機制，極端生命可能為人類的抗衰老研究開辟了新的研究方向。雖然這離解決人類健康問題還有一定距離，但是它提供了一個新的角度去思考問題。

面對未來深淵生物研究，“溟淵計劃”建立了全球最大的深淵生物數據庫，包含微生物、鉤蝦及魚類組學數據集。

在2021年TS-21-2航次中，中國科學家聯合發起《馬里亞納共識》，目前已向全球開放共享深淵生命數據，呼吁國際科研力量共同攻堅深淵環境與生命科學問題，推動全球深海生命研究走向協作，并為全球深海科技發展貢獻中國方案。

（記者 王昊 本版圖片除署名外均由科研團隊供圖）