深海宝藏：澳大利亚西南峡谷1530米深处，发现鲸落化学共生群落
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©绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）
深海是地球上最不容易探索的生态系统之一，其大部分区域对于科学家来说仍然是未知的。尤其是深海底部的生物群落和生态系统结构，以及这些生物如何适应极端环境的问题，长期以来一直是科学研究的重要课题。“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到，意大利国家研究委员会海洋科学研究所（ISMAR）的研究人员在2024年发表在《Heliyon》期刊上的一项重要研究中，详细阐述了他们在澳大利亚西南海底峡谷Hood Canyon中发现的鲸落化学共生群落。
上图展示了胡德峡谷内两个ROV潜水点（315和323）的位置。这些潜水点是讨论中提到的鲸落化学共生群落的发现地点。图源：Taviani M, Montagna P, Hosie A M, et al.
鲸落化学共生群落（Whale fall chemosymbiotic communities）指的是生活在死后沉落海底的鲸鱼残骸周围的一种特殊生态系统，它依赖于化学合成作用提供的能量来源。当鲸类死亡并沉入海底时，其大量的有机物质成为了一个特殊的生态补给点。这些有机物吸引了一些特殊适应此类环境的生物，这些生物通过与细菌共生来利用硫化物、甲烷等化学物质进行能量获取。典型的鲸落化学共生群落包括各种底栖生物，如化学共生贝类（如化学共生贝科中的某些物种）、多种多样的多毛类动物、蠕虫、软体动物以及一些寄生的无脊椎动物。这些生物通过在鲸骨上寄生、捕食死物、或是互相竞争，形成了一个独特而复杂的生态系统。
上图：在胡德海底峡谷315号潜水点，水深1530米处发现了鲸落（见图A）。A. 长齿中喙鲸：位于第三纪白垩纪悬崖脚下，箭头指示长齿中喙鲸的头骨（Mesoplodon layardii）。前景可见丰富的贝壳碎片和碎屑。B-C. 放大图片显示成群的深海贻贝（Bathymodiolinae mussels）和多毛类（Chaetopterid polychaete tubes）附着在头骨上。D. 深海贻贝生长阶段：不同生长阶段的“Adipicola”深海贻贝聚集在一起。E. 头骨表面生物：头骨表面附着着藤壶（Skeneimorph gastropods）、活的多毛类（Polychaetes）和多毛类管状结构（Chaetopterid polychaete tubes）。F. 深海生物聚集：须优鳞虫（Eunoe）从洞穴中爬出，小型的深海贻贝嵌在洞穴中，多毛类管状结构遍布。图源：Taviani M, Montagna P, Hosie A M, et al.
2020年1月26日至2月26日，为了探索澳大利亚西南海域的深海奥秘，科研人员们踏上了FK200126号科考航程。这趟旅程搭乘了由施密特海洋研究所运营的Falkor研究船，并配备了功能强大的ROV SuBastian水下机器人。历经一个月的海上探险，他们成功采集了珍贵的视频、静态图像和海底样本数据，为我们揭开鲸落化学共生群落的秘密提供了宝贵的第一手资料。
在澳大利亚西南海域超过1000米的幽暗海底，科研团队仿佛置身于一场海底寻宝记，挖掘出一个个深海共生的秘密。他们发现了大量的鲸骨遗骸，包括三个几乎完整的鲸骨头骨，分别来自长齿中喙鲸（Mesoplodon layardii）、格氏中喙鲸（Mesoplodon grayi）和赫氏中喙鲸（Mesoplodon hectori），以及多个脊椎骨、下颚骨和喙部骨骼。这些发现，揭示了在富含硫化物的深海环境下，化学共生生物群落的多样组合，以及鲸骨从营养丰富的基质过渡为类似珊瑚礁的栖息地的历程。
上图：深海鲸骨。A. 尾椎骨骼：图片展示了位于海底约952米处的尾椎骨骼 (A)。B. 附着贻贝的骨骼碎片：图片展示了从海底采集到的骨骼碎片 (B)，碎片上附着着成群的深海贻贝 (Bathymodiolinae mussels)。C. 喙骨：图片展示了位于海底约1040米处的喙骨，可能属于剑吻鲸科 (Ziphiidae) (C)。D. 被藤壶覆盖的喙骨：图片展示了采集后的同一喙骨 (D)，骨骼表面处于分解的“礁石阶段”，并被藤壶 (Serpulids) 等非化学合成共生动物覆盖。E. 原位头骨：图片展示了位于约1044米处的格氏中喙鲸 (Mesoplodon grayi) 头骨，头骨保持原始位置 (E)。F. 离位头骨：图片展示了灰氏喙鲸头骨的腹视图 (F)，采集后观察到骨骼表面附着有深海贻贝 (Bathymodiolinae bivalves)。G. 尾椎骨骼散布：图片展示了疑似抹香鲸科的尾椎骨骼散落在约115米处 (G)。H. 附着贻贝的尾椎骨骼：图片展示了采集后尾椎骨骼的细节 (H)，骨骼上附着着成群的深海贻贝。I. 最完整的骨骼序列：图片展示了在约1109米处发现的最完整骨骼序列，疑似为一系列鲸鱼椎骨 (I)。J. 渗出硫化物：图片展示了ROV SuBastian 机械臂回收椎骨的过程，过程中挤压骨骼导致硫化物渗出 (黑色漩涡) (J)。K. 附着贻贝的椎骨：图片展示了回收的同一椎骨样本，船上观察到骨骼表面有一些深海贻贝 (b) 附着 (K)。L. 海豚喙鲸骨骼：图片展示了位于约1120米处的赫氏中喙鲸 (Mesoplodon hectori) 头骨和分离的下颌骨，头骨上附着着海胆 (L)。M. 附着贻贝的喙鲸骨骼：图片展示了上一张图片的细节，可以看到密集成群的小型深海贻贝 (M)。N. 附着贻贝的下颌骨：图片展示了回收的两个下颌骨之一，下颌骨表面似乎附着一排小型深海贻贝 (N)。图源：Taviani M, Montagna P, Hosie A M, et al.
详细的分析显示，骨骼表面密集生长着化学共生贻贝（Adipicola属）和磷沙蚕科蠕虫（Chaetopterid polychaetes），它们在鲸骨上形成了稳定的生态系统。此外，还观察到大量的多毛纲动物（polychaetes）、浮游生物和底栖软体动物，它们依赖于鲸骨提供的营养资源，形成了复杂的食物网。
研究还发现，在鲸落的不同阶段，如初级腐化阶段和鲸骨礁化阶段（reef stage），各自支持着特定的生物群落。特别是，龙介虫科动物（serpulid polychaetes）和藤壶（barnacles）等附着生物在较长时间内依附于鲸骨上，形成了密集的聚落。
此外，研究团队还评估了周围海底沉积物的生物多样性，发现了丰富的化学共生贻贝和其他底栖生物。这些发现不仅丰富了对海底生态系统的认识，还为进一步研究海底有机物降解过程和生物地理学提供了重要数据。
鲸落，犹如深海中的绿洲，为各类生物提供了宝贵的生存资源。在鲸鱼沉入海底后，它们庞大的身躯逐渐分解，释放出丰富的有机物质，滋养着深海生命。这些有机物质就像涓涓细流，汇聚成营养循环的巨大网络，支撑着整个深海生态系统的繁荣。这项研究揭开了鲸骨在海底生态系统中不可或缺的角色，为我们认识这一深海瑰宝提供了新的视角。
深海生物对于极端条件下的适应能力具有重要的生物学意义，研究它们如何利用化学能源进行生存和繁衍，有助于探索生命的多样性和适应性进化。感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看全文：
化学共生
化学共生（Chemosymbiosis）是一种特殊的共生关系，指生物体通过与化学能（而非光能）产生的环境进行相互依存的共生。具体来说，化学共生通常发生在深海环境中，比如深海热液喷口、冷泉和鲸落等区域，在这些区域中，化学共生生物利用化学能来获取能量和养分，而不是依赖阳光进行光合作用。
化学共生系统中的能量主要来源于化学反应，通常是硫化氢（H₂S）或甲烷（CH₄）等化合物的氧化反应。这些化合物在深海热液喷口、冷泉和鲸落等环境中大量存在。
化学共生涉及两类生物：宿主和共生微生物。宿主通常是一些深海无脊椎动物，如贻贝、蛤、管虫等，而共生微生物则是化学合成细菌或古菌。这些微生物生活在宿主的特殊组织（如鳃或消化腺）内，通过化学反应生成有机物，提供给宿主营养。共生微生物利用化学能进行自养（chemoautotrophy），例如通过硫氧化细菌将硫化氢氧化成硫酸盐，从中获取能量，并用二氧化碳合成有机物。这些有机物随后被宿主吸收，用于自身的生长和繁殖。
胡德海底峡谷胡德海底峡谷（Hood Canyon）是位于西澳大利亚州西南部的一个海底峡谷。这个峡谷位于澳大利亚最大的海洋公园之一——布雷默海洋公园（Bremer Marine Park）内，是一个深海地形特征，深达1500米左右。胡德峡谷以其深远的海洋生物多样性和独特的生态系统而闻名，经常成为科学研究和探索的目标，特别是对于研究鲸落和其他有机物沉积物附近的生物群落及其生态过程具有重要意义。
【参考资料】
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240584402405237X
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