编者按：为了解前沿科技动态，科普中国前沿科技项目推出“带你读懂科学顶刊”系列文章，精选权威期刊的优秀论文，第一时间用通俗语言进行解读。让我们透过顶刊之窗，拓宽科学视野，享受科学乐趣。

深海的“未知之境”

地球上，还有未知的角落吗？

今天的人类，虽然已经探索过陆地的最高峰、大海的最深处，甚至能够探索月球和火星，但对于我们地球上这片广袤的大海，仍然有许多未知。据美国大气与海洋局的估算，我们目前仅仅探索了约5%的海洋区域，也就是说，还有95%的区域对于人类而言是未知的。

在浩瀚的太平洋深处，隐藏着一条神秘的海底山脉——东太平洋洋脊。这里是两大构造板块交汇之地，新的地壳在这里生成，并以每年70毫米的速度向两侧推移。这也造成了频繁的火山活动，催生了众多热液喷口。热液喷口就像是海底的“温泉”，海水在这里渗透进地壳，与岩浆相遇，再携带大量的矿物质喷涌而出。有些热泉因富含硫化物而呈黑色，因而形象地得名“黑烟囱”。

大西洋海底的深海热泉“黑烟囱”

（图片来源：美国国家海洋和大气管理局）

更加引人注目的是这里独一无二的生态环境，原本被认为是生命荒漠的地方却意外的“热闹”：长达2米的巨型管虫、长着“铁足”的蜗牛、能够忍耐80℃高温的庞贝虫……它们的存在打破了传统生物学的认知，成为研究极端环境下生命生存方式的热点。

生活在东太平洋洋脊海底热泉的巨型管虫

（图片来源：美国国家海洋和大气管理局）

但是自1977年第一次发现海底热泉生态系统以来，科学家普遍认为，在这些热液喷口下方的海底地壳中，只有微生物和病毒能够存活。坚硬岩石之下是否还隐藏着其他生命，人们一直不得而知。

这个谜团最近被揭开了。维也纳大学的研究团队操控着水下机器人SuB-astian，深入到2515米深的热液喷口区域进行探测，揭开了一个全新的生命世界，彻底刷新了我们对深海生态系统的理解。

深入海洋2500米

研究团队最初的目标是在海底钻探一些小孔，以探究巨型管虫的幼虫如何在热液区域安家落户。然而，当水下机器人谨慎地用凿子凿开一个大约2厘米宽的孔洞时，科学家们通过实时传输的画面捕捉到了一些意料之外的景象。

这个意外的发现促使他们采取了更加大胆的措施。他们遥控机器人，小心翼翼地掀起了一块约10-15厘米厚的火山岩板。当岩板被翻转时，所有人都被眼前的景象震撼了：在坚硬的岩石之下，竟然隐藏着一个约10厘米高的空腔，空腔之内充满了生机勃勃的深海生物！岩石之下就像是一个隐藏的“地下城”。

海底“地下城”

这个深海“地下城”的建筑结构十分复杂。你可以想象一座多层的停车楼：每层之间都由厚实的混凝土地板分隔，层与层之间通过坡道相连。海底“地下城”也是类似的结构：它由多层火山岩板层层堆叠而成，每层之间形成了约10厘米高的空腔，这些空腔通过岩石中的裂缝相互连通，温暖的海水在其中流动。

岩石之下的多层空腔结构

（图片来源：文献）

在这个独特的地下世界里，巨型管虫（Riftia pachyptila）依旧是当仁不让的主角。它们的体长可以达到50厘米，巨大的躯体肆意生长，遍布空腔，就像地下的树根一样盘根错节。这些管虫没有嘴和消化系统，它们与体内的细菌共生，依靠细菌分解硫化物获取能量。科学家们发现，这些管虫不仅在地下生存，甚至能够在这里繁殖。

从岩石下方向上生长的巨型管虫

（图片来源：文献）

除了巨型管虫，还有一些体型较小的管虫（Oasisia alvinae）。它们特别喜欢缠绕在空腔顶部突出的“岩石钟乳”上生长，有些个体长达20厘米，超过了以往在海底表面发现的任何同类。

除了管虫这类“钉子户”，一些活动的居民也生活在“地下城”里。包括多毛类蠕虫（Paralvinella），它们在一处空腔底部的白色微生物垫上觅食。

还有一些捕食者，比如一种沙蚕科的沙虫（Nereis sandersi）。甚至软体动物也在这里找到了自己的位置：研究人员发现了一些腹足类动物和半固着生活的海螺（Neomphalus fretterae）。

其他生活在岩石之下的生物

（图片来源：文献）

这些动物形成了一个完整的生态系统，从食物链的底层到顶层都有相应的物种。它们或是固着生活，或是自由游动，在这个无人知晓的地方，或许已经生息繁衍了数万年乃至上亿年。

“地下城”的秘密

在最初的惊讶过后，科学家们开始更进一步思考问题：这些生物是如何在“地下城”中生存的？

科学家们通过测量发现，这些地下空腔的环境实际上与海底表面的热液区域非常相似：温度维持在大约18摄氏度，pH值约为6.1，含有丰富的硫化物，以及足够的氧气。这样的环境为海床上的生物进入地下发展提供了顺理成章的条件。

实际上，海床上和岩石下的生态系统很可能是联通和统一的，这一点在巨型管虫身上得到了很好的体现。在地下空间里，管虫们或是从岩石缝隙向上生长直达海床，或是从空腔顶部垂悬而下，以获取周围水体中的养分。它们的生活方式与海床上的管虫并不不同，即利用共生的细菌分解海水中的硫化物为自己提供能量。

有趣的是它们的繁衍方式。科学家们发现，管虫的幼虫可能并不像以前认为的那样在海水中随波逐流，而是会随着冷海水渗入地壳，通过热液系统在地下空间中迁移，再从其他裂缝喷出。岩石之下的这些空腔和裂缝就像是一个四通八达的“地铁系统”，让幼虫可以随意搭乘，到达任何适宜定居的地方。

科学家推测的海底表面生态系统与岩石空腔中的生态系统的联通方式，巨型管虫的幼虫可能通过地下“交通系统”进行迁移

（图片来源：文献）

无处不在的生命

如果用一句话概括这项发现对人类所造成的震撼，那么一定是“生命无处不在”。过去，我们曾认为深海是一片“生命的荒漠”，但海底热泉生态系统的发现打破了这一观点。

在那之后，人们认为岩石之下不可能存在大型生命，但这项研究再次打破了人们的设想。这个发现的意义在于：如果生命能够适应如此极端的环境，那么在类似的环境中，是否也可能孕育生命呢？

在太阳系中就有着类似的环境，其中之一是木星的一颗卫星——木卫二，又名“欧罗巴”。这颗卫星比月亮略小，可能有着类似的地球的铁-镍核心和硅酸盐外壳，最重要的是它拥有水-冰成分的地壳：在它厚达上百千米的冰层之下很可能隐藏着一片液态海洋。

科学家们推测，在木卫二的海洋中，存在着类似地球深海热液喷口的环境，而今天的这项研究让我们看到了在其他星球上发现生命的可能性。如果太阳系中存在地外生命，它们很有可能不是靠阳光维持生存的。

木卫二影像，其内部结构，以及探测木卫二海洋中可能存在的海底热泉的艺术想象图

（图片来源：NASA，Kelvinsong）

此外，这项研究还引发了人们对生命起源的新思考。热液喷口一直被认为是地球早期生命可能的发源地之一。现在，我们发现这里不仅有简单的微生物，还有复杂得多细胞大型生物，也许地球生命的“摇篮时期”都是在地下“秘密”进行的。

现在，也许我们能够回答文章开始的问题。人类从一次次“征服”中学会了傲慢，但自然又在不厌其烦地教我们谦卑。生活在深海岩石之下的生命正在告诉我们：永远不要以为自己已经足够了解这颗星球，以及生活在其上的生命。

参考文献：

[1]Bright, M., Gollner, S., de Oliveira, A.L. et al. Animal life in the shallow subseafloor crust at deep-sea hydrothermal vents. Nat Commun 15, 8466 (2024).

[2]García, María Colín et al. “Hydrothermal vents and prebiotic chemistry: a review.” (2016).

[3]http://www.nasa.gov/mission_pages/cassini/

[4]Peter Lonsdale,Clustering of suspension-feeding macrobenthos near abyssal hydrothermal vents at oceanic spreading centers,Deep Sea Research,Volume 24, Issue 9,(1977).