一片寬廣而未知的領域

被探索得最少的生态系統

在地球表面，超過一半的面積都被所謂的深海沉積物（deep-ocean sediment）生态系統所覆寫，然而它也是被探索得最少的生态系統之一。這片寬廣的深海世界為各種生物群落提供了栖息地，而這些生物又為一些基本的生态過程提供着支援，比如為海洋生态系統的健康運作而進行的營養循環，以及為地質時間尺度上調節地球氣候而進行的碳固存。

半個多世紀以來，科學家一直在努力試圖了解在深海沉積物中蓬勃發展的底栖生物（benthic organism）的多樣性和生物地理學。可是由于這片栖息地的廣大和它所處的幾千米水域下的偏遠位置，使得隻有很小的一部分被采樣。

在過往研究中，科學家主要是通過對大型動物群、巨型動物群進行形态分析來研究深海沉積物，鮮少有研究将目光投向在數量上占優勢的微生物和小型動物，因為對于這些動物來說，我們用經典的形态分類學方法很難對其加以識别。幸而，基因組學的發展為填補這些知識空白提供了新的可能。現在，在基因組學的幫助下，科學家已經揭示了深海沉積物中的病毒和原核生物的多樣性。

然而，利用基因組學來探索深海沉積物中的真核生物一直都很有限，其中解讀深海沉積物中的分子資料時會面臨的一個主要挑戰是：在讀取DNA資料時，如何區分本來就存在于沉積物中的底栖真核生物，和那些後來沉入水體并留在了沉積物中的DNA痕迹。

現在，為了區分深海沉積物中的底栖生物與下沉的浮遊生物，一項新的研究通過對從地球表面到深海的沉積物進行DNA測序分析，比較了全球範圍内的真核生物DNA資料，他們的結果揭示了深海領域豐富和未知的生命。

大規模的DNA測序

在新的研究中，研究人員對來自所有主要海洋盆地的深海沉積物中的真核生物進行了大規模的DNA測序。從海洋表面到深海底，他們共分析了全球範圍内的1685個樣本和24.2億個DNA序列。接着，他們将新獲得的資料與現有的全球範圍内的浮遊生物資料集進行比較，這些用于對比的資料均來自深海的表層沉積物，以及透光的和無光的海洋遠洋層。

通過這種比較，研究人員成功地将底栖生物從下沉的浮遊生物中分離了出來。結果表明，深海沉積物中的底栖生物的多樣性，可能是上方水體中的生物多樣性3倍。而且這種生物多樣性是由非常不同的生物類群組成的，其中近2/3的生物不屬于任何已知群體。這意味着科學家對于海洋生物多樣性的了解還存在重大空白。

下沉到深海沉積物中的浮遊生物DNA來源于豐富的物種，其中在高緯度地區沉積最多。這些生物群落是由大洋盆地和來自上層海洋的顆粒狀有機碳構成的，研究人員從它們的DNA的豐度群組成分析中，推斷出極地地區是碳固定的熱點區域。

此外，沉積物中浮遊生物的DNA特征還預言了生物碳泵強度的變化。所謂生物碳泵指的是一個将大氣中的二氧化碳轉移到深海中，進而改變全球氣候的生态系統過程。新的結果幫助科學家揭示了以前被忽視的可能驅動了生物碳泵的類群。

一張完整的快照

如此龐大的規模為科學家提供了首個從地表到深海沉積物的關于海洋真核生物多樣性的完整視角，它極大地擴充了我們對于深海生物多樣性及其與水體和全球碳循環之間的聯系的能力的了解，使和海洋生态有關的急需解決的問題，首次能夠在全球範圍内的海洋中得到解答。

這個基因組資料集代表了現代海洋中整個真核生物多樣性的一張完整快照。這些資料不僅能解決全球範圍内的關于海洋生物多樣性、生物地理學和連通性的問題，也可以作為從古DNA檔案中重建生物碳泵在過去的功能的基礎。接下來，它還将在一個更溫暖的海洋中展示其潛力，這對于在氣候變化下建立未來的碳循環模型來說至關重要。

新的結果進一步表明，研究深海生物的多樣性具有至關重要的意義。海底沉積物中存在大量的未知生物，它們在生态和生物地球化學過程中必定起着重要的作用。如果人類想要更好地了解氣候變化，以及想要保護這片廣闊的、處于原始狀态的生态系統，那麼更好地了解這種豐富的多樣性是必不可少的。

#創作團隊：

撰文：糖獸

排版：雯雯

#參考來源：

https://www.marum.de/en/Discover/Biodiversity.html

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj9309

#圖檔來源：

封面圖：TheDigitalArtist/ Pixabay

首圖：ANIRUDH / unsplash