編者按：南海，浩淼遼闊，島礁星羅，資源豐富，美麗而富饒。為更好地了解南海、認知南海，中科院之聲與中國科學院南海海洋研究所聯合開設“美麗南海 ”專欄，解讀南海“季風”與日常生活的關系，揭密南海“岩石圈”資源形成的萬年印記，打開南海“生物多樣性”互相作用的神奇之門，在知識的海洋快樂遨遊。
深海及其底栖生物群落
國際上一般将1000m及大于1000m水深的區域定義為深海。海洋占地球表面積70%以上，其中約3/4是深度大于1000m 的深海。深海具有理化環境獨特的極端條件—黑暗、高壓、低氧，常富重金屬等物質，長期被認為不适合生物生存，也長期被稱為“生命的禁區”，直到1977年“阿爾文”号在東太平洋的加拉帕戈斯群島海域2500m熱液噴口周圍發現了大量的蠕蟲、蛤類及贻貝等底栖生物群落。
随後，科學家又發現了深海冷泉生态系統。深海熱液、冷泉及其生物群落的發現成為20 世紀後期最令人矚目的科學發現之一，這重新定義了生命的邊際。因受地質構造、水文動力、複雜地形和特殊理化環境的影響，深海環境與光照區的淺海海域有着截然不同的生物群落組成且孕育着特有的生物群落，例如，與淺海依賴光合作用産生的初級生産力相比，深海的化能微生物可以在黑暗的環境氧化甲烷、硫化氫等還原性物質釋放能量合成有機物，并為深海贻貝、蛤類等提供食物來源，也被稱為“黑色食物鍊”。是以，深海生物群落也是研究所學生命起源與适應性進化的重要場所。
圖1 南海冷泉生态系統中的贻貝床
海馬冷泉
冷泉是指分布于深海活動和被動的大陸邊緣斜坡，主要包含水、甲烷為主的碳氫化合物、硫化氫等物質，在特定的溫度和壓力下，海底儲存的天然氣水合物和天然氣會達到一種平衡狀态，使得天然氣從海底深處沿着一定的通道向海底表面擴散的過程。
海馬冷泉是2015年廣州海洋海地質調查局在中國南海瓊東南海域首次發現的大型活動冷泉，并命名為“海馬冷泉”。海馬冷泉區面積約為618km2，其中已發現有冷泉活動的區域面積約350km2，水深為1350~1430m。海馬冷泉是目前大陸發現最大的深海冷泉生态系統，為研究大陸南海深海生物多樣性與演化等科學問題提供了重要場所。
近日，中國科學院南海海洋研究所何毛賢研究團隊就南海海馬冷泉底栖生物多樣性及其典型底栖生物-海馬大偏頂蛤Gigantidas haimaensis 與佩氏鰓磷蟲Branchipolynoe pettiboneae 寄生關系機制的研究成果發表在海洋科學前沿期刊Frontiers in marine science《海洋科學前沿》和微生物學前沿期刊Frontiers in Microbiology 《微生物學前沿》。
圖2 海馬冷泉地理位置圖(Feng,2021)
海馬冷泉具有高度豐富的大型底栖生物群落
利用遙控無人潛水器在海馬冷泉區域内4個站位分别進行大型底栖生物取樣，經形态和DNA鑒定，這些底栖生物主要包括深海贻貝、伴溢蛤、帽貝、螺類，海參、海蛇尾，鰓鱗蟲、管蟲，潛铠蝦、阿爾文蝦、蜘蛛蟹，海葵等，分屬于軟體動物、棘皮動物、環節動物、節肢動物和刺胞動物。4個站位可明顯分為兩種群落結構：贻貝床（以栖息的深海贻貝為主）與伴溢蛤床（以栖息的伴溢蛤為主），其中贻貝床群落結構中底栖生物物種數量明顯高于伴溢蛤床，贻貝床和伴溢蛤床為其它生物提供了栖息地和食物。栖息地較遠的同一物種，由于地理隔離等原因通常在遺傳背景上存在一些差異，有的甚至存在表型差異；站位1和站位2相隔較近，不存在地理隔離現象，栖息有數量較多的深海贻貝（海馬大偏頂蛤），科研人員使用核DNA單核苷酸變異分析時，發現這2個站位間深海贻貝的遺傳背景存在差異，有較明顯的遺傳分化，表現出遺傳斑塊（chaotic genetic patchiness ,CGP )現象，這是否與其栖息的深海特殊環境有關，目前還沒有更多的證據。
圖3 海馬冷泉大型底栖生物
深海贻貝中的“盜賊”——佩氏鰓磷蟲
佩氏鰓磷蟲是一種多毛類動物，通常可觀察到它生活在深海贻貝海馬大偏頂蛤的體内（圖4），并被認為通過寄生來适應深海極端環境，但其寄生對于宿主贻貝的影響機制并未明确。研究人員發現鰓磷蟲寄生導緻宿主深海贻貝鰓組織中共生微生物物種數量顯著降低，但化能共生菌的數量顯著升高，并引起宿主蛋白和脂類的合成代謝基因顯著上調，但免疫、生長相關基因顯著下調。表明鰓鱗蟲使得宿主贻貝改變了自身的生理代謝狀态來适應其寄生：即宿主通過降低免疫基因表達水準以減少對鰓鱗蟲寄生的排斥，有利于其寄生在贻貝體内；化能共生菌能将水體中的硫化氫等化學物質當作食物，最終供給贻貝這類異養生物所需的營養，贻貝鰓中化能共生菌的相對數量的增加可轉換更多的營養物質供贻貝所需，同時，贻貝還增加了自身的蛋白和脂類合成，這些增加的營養物質不僅滿足贻貝自身生長存活的需求，還可滿足寄生的鰓鱗蟲從贻貝體内擷取營養供自身所需，即佩氏鰓鱗蟲以“盜賊”的身份刺激宿主産生更多的營養物質并竊取部分為己有。
圖4 佩氏鰓磷寄生對宿主贻貝基因表達及共生菌的影響
來源：中國科學院南海海洋研究所