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肖曦 陶军 梁前勇

在遥远的中国南海,人们意外发现了深海中的一片“绿洲”——“海马冷泉”生物群落。在漆黑一片的深海深处,“海马冷泉”为种类丰富多样的底栖生物提供了栖身之所,滋养着庞大的绿洲生命。

“海马冷泉” 珠江口盆地发现的海底巨型活动型冷泉

冷泉是继海底热液之后的又一重大发现。在海底沉积界面之下,甲烷、硫化氢或烃等流体以喷涌或渗漏方式从海底溢出,形成了海底冷泉活动。

全球各大海域的不同海洋底质环境中都发现了由于海底甲烷渗漏至海水中而形成的羽状流,目前根据多波束水体数据已发现数万个冷泉渗漏点,至少存在100多个活动甲烷渗漏区,主要分布于大陆边缘。据估算,每年由海底冷泉向上覆海洋渗漏的甲烷总量可达到40万~1220 万吨,是大气中甲烷的重要自然来源之一。此外,冷泉附近常发育埋藏浅、饱和度高的天然气水合物,是研究天然气水合物分解后甲烷渗漏迁移机制的重要窗口。因此,开展冷泉调查研究具有重要的科研意义。

在我国,已初步确认的近海冷泉区主要有7个,其中东海发现冲绳海槽1个冷泉区,其余6个冷泉均分布在南海海域。2015年3月,中国地质调查局广州海洋地质调查局(简称“广海局”)利用我国自主研发的4500米级“海马”号无人深潜器(ROV),首次在珠江口盆地发现了海底巨型活动型冷泉,并命名为“海马冷泉”。随后几年,广海局不断升级“海马”号ROV技术装备,组织了多次大规模的“海马冷泉”调查共享航次,联合国内各大海洋高校和科研机构,综合运用多种高精度调查设备,系统规模地开展了冷泉调查研究。

基于多平台技术突破,“海马”号为我们打开了“海马冷泉”新世界的大门,五彩缤纷的冷泉生物群落就此华丽登场……

初级生产者 化能自养生物

海水中甲烷厌氧氧化古菌和硫酸盐还原细菌积极参与冷泉流体中甲烷氧化与硫酸盐还原的化学反应,为化能自养生物提供了碳源和能量。

当甲烷接触到溶解氧很少的海水时,特殊的细菌就会生长。这些细菌消耗海水中的甲烷和硫酸盐,并释放出硫化氢。虽然硫化氢对大多数动物有毒,但化能自养生物却能将这种化学物质当作食物,最终供给异养生物所需的能量和碳源。因此,这些化能自养生物成了冷泉生态系统的初级生产者。

“海马冷泉”区存在覆盖了海底直径数厘米到数百米白色或橙色的细菌垫,这些细菌通常由大型硫氧化细菌(化能自养生物中的一种)组成。巨型细菌表现出的各种适应性缩小了氧供应和电子供体之间的差距,因此它们常出现在总氧气消耗量高和甲烷大量溢出的冷泉中。

初级消费者 贻贝、蛤蜊、管状蠕虫等底栖生物

化能合成细菌和古菌形成了冷泉食物链的最底层,供养着多样的底栖生物,包括深海双壳类(蛤类、贻贝、帽贝等)、蠕虫(管状蠕虫和冰蠕虫)多毛类动物等初级消费者。

由于化能合成蛤蜊(学名“伴溢蛤”)可以通过足丝扎根沉积物来收集硫化氢,因此它们通常生活在“海马冷泉”甲烷大量渗漏的地区。硫化氢随着甲烷流体向上溢出,蛤蜊则从鳃中依靠硫氧化菌来获取营养。有了稳定的硫化氢供应,这些蛤蜊可以存活一个世纪,长到15厘米以上。

在“海马冷泉”发现的深海偏顶蛤,可以延伸数百米之远,尤为壮观。同样,深海偏顶蛤的鳃内含有大量的化能自养细菌。通常,贻贝类只出现在活动的冷泉口,是冷泉生态演替周期中发育最早的生物群落之一。

作为世界上最长寿的大型底栖动物,“海马冷泉”区发现的管状蠕虫最长可达1.6 米。通常情况下,管状蠕虫只出现在冷泉流速较低的环境中,在冷泉发育后期,冷泉流速降低时,管状蠕虫替代原来的贻贝类成为主要物种。它们没有嘴和消化系统,依靠自身组织中细菌生产的养分为生。这些细菌从冷泉流体中获取硫离子,又从海水中获得氧气,合成管状蠕虫生存所必需的有机物。由于管状蠕虫可以将它们的“根”延伸到基岩一米多的地方,因此,即使硫化氢在表面被完全耗尽但在地下仍然存在的地方,管状蠕虫仍可成片群居。

次级消费者 鱼、螃蟹、海星等生物

除了贻贝、蛤蜊、管状蠕虫等冷泉标志性生物群落,“海马冷泉”还聚集了种类丰富多样的底栖生物,如鳗鱼、阿尔文虾、铠甲虾、海星、海螺、海蛇尾等生物,构成了冷泉生态系统的次级消费者。

通过“海马”号ROV海底摄像功能,科研人员在“海马冷泉”区发现了一片生机盎然的生态景象:蜘蛛状的白色螃蟹、身形硕大的帝王蟹在海底冷泉悠然自得,大口吞咽着它们能吃的所有东西;形如蚯蚓的软体紫色海参,纠缠在一起,成群分布,与贻贝群落区分开来;细小的瞎眼褐虾群、小扇贝、铠甲虾、海鳃、海蛇尾、鱼类等等,聚集在一片片茂密的细管虫丛林中上下盘旋,形成了一片小型的生态系统,好不热闹!

三级消费者 章鱼、大王具足虫等深海肉食性物种

不仅鱼、螃蟹、海星等次级消费者随处可见。“海马冷泉”区甚至还发现了巨型章鱼。最让人惊奇的是,在近1400米深的“海马冷泉”海底,“海马”号ROV通过生物诱捕笼的方式,成功捕获了两只“世界最大的昆虫”——大王具足虫(俗称深海水虱),长达25 厘米。

深海水虱是典型的深海肉食性物种,除了以鱼、螃蟹、虾、鱿鱼和鲸的尸体为食,还会主动猎食一些行动缓慢的海洋生物,如海参、海绵、线虫、放射虫等海底动物,成为冷泉生态系统中的第三级消费者。这些大型生物最终会被微生物分解,从而回归自然,形成一套完整的冷泉生态系统。

(作者单位:中国地质调查局广州海洋地质调查局)

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