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)是非常獨特的，極端的環(huán)境孕育著豐富的生物資源。由于深?？睖y技術(shù)和設(shè)備的缺陷，使得如今的海洋仍是一個待探索與待開發(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？探索深海對人類有什么意義？深海采礦對深海生態(tài)環(huán)境又會造成什么影響？本期“深海采礦”系列三，帶您了解深海探索的歷史和進展。

一覽：

• 深海平原位于海底5000米，環(huán)境極端，陽光無法到達，難以進行勘探。
• 新科技的發(fā)展，給深海探索帶來了新的可能性。2020年，法國開發(fā)出了能潛至6000米深海的全自動潛水器，如此先進的設(shè)備世界上僅有四臺。
• 海底勘測站也能為科研提供豐富的數(shù)據(jù)?？睖y站既有有線的，也有全自動的。
• 未來科研的目標是加深人類對海底動植物的了解。畢竟，深海平原獲得的樣本中有高達90%的遺傳物質(zhì)來自未知生物。

水下五千米的深海平原，陽光無法到達，水溫只有2℃，壓強極大，可即使在如此極端的環(huán)境中，仍有魚類、海參、海星、海膽、蠕蟲等多種生物繁衍生息。不過，由于海面生成的有機物只有1%能到達深海，可供生命汲取的養(yǎng)分十分稀缺，每個物種的種群數(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？這一問題至今尚無人能解答。

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。水中的細菌會將這些化合物氧化，產(chǎn)生能量和有機物，供海底動物利用。海底熱泉周圍發(fā)現(xiàn)的動物種類和數(shù)量特別多，有巨型貽貝 (Bathymodiolus sp.)、巨型管蟲 (Riftia pachyptila)、毛腹足動物 (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起。1969年，法國海洋開發(fā)研究院的潛水器“西安納”號啟航深海。1977年，人類首次發(fā)現(xiàn)海底熱泉。1984年，法國研發(fā)出了能下潛至6000米的“鸚鵡螺”號潛水艇 [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，科學家們還擁有了一項新型武器——無人潛水艇。最早的遙控潛水器（ROV）于21世紀初問世，需要有一條線纜與水面上的船只連接，由操作員遠程控制。不過如今已有了全自動潛水器（AUV）。2020年，法國開發(fā)出了能潛至6000米深海的AUV，如此先進的設(shè)備世界上僅有四臺，能對海底進行大面積的影像拍攝和地圖繪制。未來，法國海洋開發(fā)研究院將在AUV上安裝海底生物幼蟲收集器，因為對于深海生物的各種生命周期，科學家最缺乏了解的就是幼蟲階段。

深海生物多樣性的經(jīng)濟價值

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它們而言“不在話下”?；?、制藥、食品加工等許多與生物技術(shù)相關(guān)的行業(yè)都對這些生物分泌的化學物質(zhì)十分感興趣。比如，有些蠕蟲能分泌具有抗生素作用的化合物 [2]。還有一些深海細菌能通過發(fā)酵產(chǎn)生氫氣，在未來的能源轉(zhuǎn)型中或許能派上大用場。

新設(shè)備是否加深了人類對深海的認識？

的確，過去十年，海底勘測站收集的數(shù)據(jù)給科學家?guī)砹撕艽蟮膸椭?。這些勘測站是安裝在海床上的永久設(shè)施，分為兩類。第一類是全自動勘測站，靠電池供能，需要每年定期維護、提取數(shù)據(jù)。第二類是有線勘測站，成本高昂，但是可以實時傳輸數(shù)據(jù)。在東太平洋、北大西洋亞速爾群島海底的勘測站安裝在熱泉附近 [3]，能持續(xù)對海底生物進行拍攝，并收集各類環(huán)境參數(shù)。

海底勘測站由于能進行不間斷的數(shù)據(jù)采集，能揭示海底生態(tài)系統(tǒng)的神秘機理，比普通的科考勘探項目優(yōu)越許多，代表著海洋科學的一大進步?？睖y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，還反映了潮汐對深海生態(tài)系統(tǒng)的影響規(guī)律。

環(huán)境DNA分析，指對生物體在環(huán)境中留下的殘余DNA進行分析和物種辨別。這一手段在海洋研究中似乎使用率越來越高了？

幾年前，法國海洋開發(fā)研究院的深海平原探測項目 [4] 率先采取了環(huán)境DNA分析手段研究深海生物，統(tǒng)計深海生物種類。最終統(tǒng)計出的物種數(shù)量遠超先前僅靠觀測得出的結(jié)果。但深海溫度低，有利于DNA的保存，這使研究人員無法判斷采集的DNA究竟來自現(xiàn)存的生物，還是遺骸殘渣。

環(huán)境DNA分析的另一個局限性在于，由于人類對深海生物本來就知之甚少，采集的部分DNA無法與已知物種“對號入座”——深海平原獲得的樣本中約有90%的遺傳物質(zhì)來自未知生物。國際生物DNA條形碼項目 [5] 正努力擴大人類已知物種的DNA庫，以期克服這一難關(guān)。

既然人類對深海生物幾乎一無所知，該如何判斷深海采礦可能會造成的環(huán)境影響？

我們對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。采礦的揚塵會在垂直方向擴散，最終沉積到海底，但擴散得多遠則不得而知。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，比利時的全球海洋礦物資源公司進行了一次礦產(chǎn)試開采，如今正在通過MiningImpact項目評估開采活動對環(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)的長期影響，現(xiàn)在尚無法實現(xiàn)。

不過，深海的總生物量并不大，即使被采礦活動危及，也不會擾亂碳循環(huán)等宏觀生物地球化學循環(huán)。最終，碳物質(zhì)仍會沉淀到海底，被細菌分解，而我們已知采礦不會對細菌群體造成長期性的破壞。既然如此，保護生物多樣性是否有某種內(nèi)在價值呢？這是未來需要我們思考的問題。

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