贺丽生：探索深海生命系统，揭开海洋神秘面纱
“但这就是我们要做的，不管路上有多少荆棘，我们还是要找到出路。”何立生
中国科学院深海科学与工程研究所研究员
大家好，我是来自中国科学院深海科学与工程研究所的何立生。我主要研究深海生物。
我乘坐过我国目前所有的载人潜水器，包括蛟龙号、深海勇士号、以及刚刚完成万米海试任务的“奋斗号”。我的主要任务是探索深海生命系统并收集深海样本。
现在我邀请大家跟我一起来看看我的深海生物，听听我的深海故事。
地球面积70%以上是海洋，海洋面积是陆地面积的2.4倍。可以说，我们生活的地球实际上是一个海洋世界。然而，我们人类对海洋了解甚少，还不及对月球了解那么多。
根据深度的不同，我们将海洋分为浅海、深海和深渊。深度大于1000米的海域被定义为深海。深度大于6000米的海域被定义为深渊。
在深渊所在的位置，万米深渊的静水压力超过1000个大气压，温度为2-3摄氏度。
深海的静水压力非常高。水深每增加10米，就会增加一个大气压。那么，在10000米的海底，压力就达到了1000多个大气压，100兆帕以上。
我们居住的地面压力是1个大气压。也就是说，一万米外的海底压力是地面压力的1000倍。比如，相当于1000头非洲象踩在你的背上。因此，以普通人的能力来说，人类的潜水只能达到10米。教练级专业人士只能潜水40至50米。吉尼斯世界纪录只有300米左右。
除了具有非常高的静水压力之外，200米以下的海洋中没有阳光。没有阳光，就没有光合作用；没有光合作用，物质循环的初级生产力就会丧失。那么，生活在深海的生物只能靠从海面沉下的残渣生存。
深海具有高压、无光、低温、贫营养的环境。在如此极端的环境下，生命还能存在吗？生命存在的极限是什么？在如此极端的环境下，他们是如何生存的呢？这是我们研究的主题。
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潜入万米深处探索海洋
人类对海洋的早期认识始于撒网捕鱼。但这种方法只能识别一些浅层海洋生物。后来发明了拖网。拖网将网沉入海底并由船拖曳。可以想象，对海底的破坏和影响将会非常大。因此，许多海洋研究单位不再采用这种方法来探索海洋。
着陆器和无人潜水器是目前海洋研究单位探索深海常用的平台。目前，只有载人潜水器可以将人带到海底。
了解深海生物的主要途径
有人可能会问，既然登陆器和无人潜水器也可以到海底，那么它们携带的相机和录像机就不能把海底的情况拍下来照片和视频带回给我们吗？人为什么要潜到海底？
作为一名科学工作者，获取第一手资料非常重要。我想，无论相机、录像机多么高清，都不能代替我们亲自下去看、去体验、去观察。
非常荣幸能够参加2020年“奋斗”号万米海试，有机会潜入万米海底。
“奋斗”号全海深载人潜水器
“奋斗”号万米海试将于2020年10月10日至11月20日进行，潜水器及母船从三亚出发，目的地是马里亚纳海沟。往返大约需要两周时间。剔除航程时间，不到30天的时间，“奋斗”号进行了13次下潜，其中万米下潜8次。
为什么强调万米潜水？因为10000米潜水和1000米潜水、6000米潜水不同。不仅需要很长时间，而且高静水压力对潜水器的影响非常大。
“奋斗”号在如此短的时间内进行了8次万米下潜，而且是连续进行，可见“奋斗”号的表现非常稳定。也正是因为如此，我得到了参加这次海试的机会，这是科学家进行应用海试的唯一潜水机会。
前面说过，一万米的潜水需要很长时间。那么到底有多长呢？下图给出了一个数字，大约是14小时。所以，大家需要在早上5点就去潜水室做准备。为了不迟到，大家通常在前一天晚上定好几个闹钟。
14 小时深度潜水的步骤
在我参加的潜水中，没有人迟到，只有早到的人。有一句话铭刻在我们团队每个人的心中：整个计划不能因为我们自己的错误而失败。
“奋斗”号潜水器的下潜和浮出水面的速度为每分钟60米。按照这个速度计算，下潜至10000米并返回的时间约为6小时。潜水器水下运行时间也为6小时。
每天的标准工作时间是8小时，当然我们可能每天都会加班。 6个小时虽然不短，但对于我们科学家来说却远远不够。我们常常感觉下面还有很多事情没有完成，所以就接到上面的命令，说上浮的时间到了，我们要上来。
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万米海底“奋斗”如何进行？
准备潜水的“奋斗”
潜水器到底能在那里做什么？
上图中，潜水器正面有一个采样篮。这是一个近方形的采样篮，尺寸为1.5×1.3米。采样篮左右两侧各有两个机械手。我们需要携带的工具都绑在这个采样篮上，由潜水器带到海底进行操作。
下图显示了我前一天晚上潜水时绑在潜水器上的工具。我们可以看到，有一个用于收集海底海水的水瓶（ ），一个沉积物采样器（ ），一个用于收集生物的生物箱，以及一个用于放置岩石的地质篮。
科学家绑在潜水器上的“宝箱”
通过这些工具，我们可以将水样、泥样、岩石和生物从海底带到海面、带到甲板、带到实验室进行进一步分析。
我们知道海底的环境特征与水面有很大不同，尤其是静水压力。样本带进来后，所有生物都死了。一些小生物比如某些微生物或者原生生物也会爆炸，我们甚至找不到DNA。
后来我们又开发了这个原位装置。上图还有一个原位海水浓缩装置。将这种装置带到海底可以将海水中的大量微生物和原生生物富集到膜上。然后将其固定在海底。固定的样品带回海面后，将不再受到环境的影响。
接下来我特别想跟大家分享的是载人球形舱。载人舱是潜水器的一个非常重要的部分，也是我非常熟悉的一个部分，因为我要在里面待14个小时。
载人舱和潜水人员
载人球形舱前部有一个主观察窗，左右两侧各有一个次观察窗。接下来我们就来看看里面到底发生了什么。
“奋斗”号载人球形舱是一个直径1.8米的球形舱，可搭载3人，内部有一些仪器设备。可以想象，空间并不是很大。像我这么大的人坐在里面，腿就伸不直，只能跪着或者盘腿坐着。这样过了14个小时，回到甲板后，通常不可能立即离开船舱。但你必须在下面走动，这样你才能站起来，然后走出机舱。
左上图是我告诉潜水器我们应该去哪里采集样本，采集什么样的样本。我们的主驾驶坐在中间，副驾驶坐在一侧，我坐在另一侧。
我们常把潜水器称为我们的深海直达巴士，主要的司机就是我们的“司机”、我们的“兄弟”。无论我们想去哪里，他都会带我们去那里。
主司机除了担任司机之外，还有一个非常重要的职责，就是帮助我们操作机器人，帮助我们采集海水样本。
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深海生物
我们只是观察沉积物和岩石。接下来我们就来看看深海生物。
我们先来看看下面这张图。这是我潜入海底一万米时拍到的海参。它和我们平时吃的海参有很大不同吗？
万米海底的海参
正如你所看到的，它的身体是透明的，与周围沉积物的颜色非常接近。如果不仔细看，很难发现它。中间那个是它的肠子。
我们再猜猜海参的右下角是什么？当我们潜入万米海底时，我们看到了很多很多这样的东西，我们很困惑它们是什么。后来一次偶然的机会，我们看到了海参排便。原来，这是海参的便便。
看下面的图片。从这个角度看，海参的数量也很多。除海参外，还有3种多毛类生物。也就是说，万米海底，不仅有生物，还有大量的生物质。
万米生机勃勃的海底（红圈是海参，黄圈是多毛类）
在我潜入一万米之前，我就已经知道这里会有生物。但生物的数量之多确实让我震惊。
这是在万米海底拍摄到的伽马鱼。我们可以看到，这些游动的伽马的数量也是非常多的。
伽马鲁斯在机器人手附近游泳
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深海中的伽马非常大。我们观察到，大的可达40厘米以上。但浅海中的许多类似物种只有小虾那么大。
接下来是在海底观察到的多毛类生物。我们录制了它在海底运动的视频。
毛状生物是底栖生物中的优势种，分布也很广。但这是我们第一次在万米海底发现多毛类生物。
我们在7600米深处观察到狮子鱼使用饵料。其生存范围为6000至8000米。我们可以看看狮子鱼。它们头大尾小，没有鳞片，皮肤透明。
根据我们自己的观察和一些国外文献报道，狮子鱼观测到的最深深度为8145米。这次我们潜水的时候，我们也想知道，8000米是不是鱼类生存的极限？ 9000米甚至10000米有鱼吗？
不幸的是，目前还没有结论。希望下次有机会站在这里和大家分享的时候，能够给我们带来最新的进展。
500米深处的海百合——海百合。机械手还没碰到它，它就立刻跳了起来，非常潇洒地游走了。
海参在1000米深处的海底优雅地起舞。
一只行走的海胆在3000米深处的海底被拍到，身后留下了它行走的痕迹。可以观赏在海底行走的海胆。他们很可爱。
可以看到，深海、深渊甚至万米海底并不是一片寂静，而是充满了非常丰富可爱的生物。
潜水结束后，我们回到了甲板。但我们科学家一天的工作并没有就此结束。我们需要对这些采集到的样本进行各种处理，并且需要及时处理。
为什么要及时？刚才我跟大家说了，这是因为船上和陆地上的环境和海底的环境有很大不同，所以我们需要尽快处理掉。
需要及时处理的各种样品
记得万米潜水回来，处理完所有样本后，抬头一看，已经是第二天凌晨3点了。这并非偶然现象。基本上每天有分任务的时候都会发生这种情况。
我们在深海或海底看到了很多生物。这些生物如何在海底生存？这也是我们研究的主要内容。
在这里我想向大家介绍两个研究成果。右下图是关于狮子鱼的基因组。我们发现狮子鱼基因组中与骨细胞钙化相关的基因发生了突变。这个基因突变后，就不再有功能了。换句话说，狮子鱼的骨密度非常非常低。
现在大家都非常关心自己的健康，可能会经常去体检，测试一下自己的骨密度。如果你的骨密度低，你可能会担心是否需要补钙？你想晒太阳吗？但对于狮子鱼来说，这种低密度的骨骼是它在极端环境下的适应机制。
我们从研究中学到了什么
左边的文章是关于海底6000米海参肠道共生菌的研究。我们知道DNA携带着我们的遗传信息，但DNA本身并没有任何功能。它必须翻译成蛋白质才能执行各种生理功能。在翻译过程中，tRNA（转移RNA）负责将氨基酸一起转运形成蛋白质。
在过去研究的所有生物体中，tRNA序列中的34位需要甲基化修饰。但在6000米深处海参肠道的共生细菌中，这种修饰消失了。
我们目前的研究结果表明，深海生物有非常特殊的不同于浅海的适应深海的生存策略和适应机制。
我国深海生物已成为国际领先
上图可以看出，我们对深渊的研究正在逐年增加。而这一切成绩的背后，有太多的辛酸、汗水和泪水。
以晕船为例。您可能认为晕船没什么大不了的。确实没什么大不了的，但是如果晕倒的话，真的会要了你的命。
有一次，为了测试新研制的设备，我们租了一艘1000吨左右的小船。船越小，在海上晃动的可能性就越大。记得当时海况不太好，我们还遇到了台风。我在栏杆上不停地呕吐，看着汹涌的海水，我想跳下去。
所以大家在船上如果头晕的话，也会带一个垃圾袋。想吐的时候就吐到垃圾袋里。呕吐后，做任何你需要做的事情。
在科考船上比晕船、呕吐更糟糕的是潜水器的上升和下降。这时候就需要蛙人的协助了，那就是三名蛙人抬船。其中一名蛙人负责驾驶船，另一名蛙人负责稳定潜水器，第三名蛙人必须跳上潜水器，然后拆除或挂起主悬缆。虽然这个场景我已经看过很多次了，但每次看到还是觉得很激动。每次他们到船上挂吊绳时，我们也为他们捏一把汗。
这是蛙人夜潜归来后做手术的照片。我们大部分的潜水都是在白天进行，但有时我们也会进行夜间潜水。
最后，还有一件很有趣的事要跟大家分享。也就是说，如果是你第一次潜水，或者是突破了之前深度的潜水，那么船上就会举行一个小型的仪式。正如您在下面看到的那样简单粗暴。不要以为你倒在上面的只是白开水。其实里面会添加各种“调味品”，比如啤酒、酱油、可乐……你能想到的都可以添加。我想这象征着深潜生涯的酸甜苦辣。
简单、粗暴却又独特的仪式
说实话，探索深海确实不是一条容易的路。因为探索深海与其他领域不同，我们没有更多的经验可以借鉴。这是一条布满荆棘的路。但这是我们必须要做的。不管路上有多少荆棘，我们还是要找到出路。
来源/格致论坛
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