[科普中國]-深海生物

深海生物指生活在大洋帶以下的生物。深海地區(qū)終年黑暗，陽光難以透入，鹽度高，壓力大，水溫低而恒定，動(dòng)物種類和數(shù)量非常貧乏，且大多屬碎屑性動(dòng)物，只有少量肉食性動(dòng)物。深海生物按生活方式可分為浮游生物、游泳生物、底棲生物三大類。1

介紹生活在水深超過1000米處的海洋生物。包括微生物、無脊椎動(dòng)物和魚類等。通常認(rèn)為隨著水深的增加，水生動(dòng)物的數(shù)量會(huì)急劇減少，實(shí)踐證明這種規(guī)律在許多海區(qū)是存在的，但并非絕對(duì)化，相反在世界海洋的深海區(qū)有形成魚類高度集群的生物基礎(chǔ)。并且在深海的熱液噴口處有以化能自養(yǎng)細(xì)菌為初級(jí)生產(chǎn)者的生物群落存在，其中大部分是特有種。1

深海環(huán)境特點(diǎn)深海一般指1000m以下的海洋，平均深度達(dá)3800m，最大深度達(dá)6000m以上，此時(shí)壓力可達(dá)60MPa；深海的大部分地方的鹽度與海水相同，為30左右，屬于高鹽環(huán)境；在1000m以下的深海，完全沒有太陽光，僅有少量的生物發(fā)光和同位素產(chǎn)生的射線。因此，深海環(huán)境一般為黑暗、低溫、高壓、高鹽。在深海的熱液噴口處有特殊的高溫區(qū)域存在。2

生物類型深海生物按其生活方式可分為浮游、游泳和底棲三大類。1

浮游生物由細(xì)菌、原生動(dòng)物、腔腸動(dòng)物、甲殼動(dòng)物、毛顎動(dòng)物等的一些種類組成，種類和生物數(shù)量均較少。生物數(shù)量通常隨水深增加而明顯降低。深海浮游動(dòng)物多為雜食或肉食性。1

很多海洋浮游動(dòng)物都有晝夜垂直遷移的習(xí)性，通常這種現(xiàn)象表現(xiàn)為夜間上浮至上層或者表層攝食，而白天下沉至數(shù)十米至數(shù)百米不等的海洋深處。浮游動(dòng)物夜晚在表層攝食浮游植物，白天下沉到深層后，其自身呼吸代謝、排泄物和被更高營養(yǎng)級(jí)動(dòng)物捕食都導(dǎo)致它們是上層有機(jī)碳往深層輸送的一個(gè)重要途徑。3

很多大型的橈足類存在季節(jié)性垂直遷移現(xiàn)象，這種現(xiàn)象往往伴隨著個(gè)體的發(fā)育過程，例如北太平洋亞極地海區(qū)的一些大型哲水蚤會(huì)在上層海洋攝食和生長，待個(gè)體成熟后下沉到數(shù)百米的深海交配和產(chǎn)卵，并且不會(huì)再次上浮到海洋上層;而極地海區(qū)的一些種類則要經(jīng)歷數(shù)年的發(fā)育期才能夠成熟，期間會(huì)多次經(jīng)歷季節(jié)性垂直遷移過程，因此這種垂直遷移又被稱為“個(gè)體發(fā)育垂直遷移”。例如，在北太平洋亞極地海區(qū)，幾種優(yōu)勢的新哲水蚤和真哲水蚤在浮游植物旺發(fā)季節(jié)（4-7月）會(huì)一直停留在海洋上層攝食，隨著秋季溫度下降和浮游植物生物量的急劇降低，它們逐漸下沉到海洋中層（8-9月），然后冬季會(huì)停留在那個(gè)深度休眠，而據(jù)估計(jì)僅其中一種的季節(jié)性垂直遷移活動(dòng)為深海（1000m深度）帶來的垂直碳通量貢獻(xiàn)就可達(dá)到總POC通量的9%之多。與之類似，在北大西洋高緯度海區(qū)，春夏季積累了豐富脂類物質(zhì)的飛馬哲水蚤種群會(huì)在夏末逐漸下沉到600-1400m的深海中進(jìn)入休眠，盡管每只哲水蚤平均僅含有200μg的脂類，但由于其擁有極大的種群規(guī)模，因此這一季節(jié)性垂直遷移意味著巨量的脂類物質(zhì)下沉到了深海之中。3

游泳生物深海中的游泳生物主要是魚類，其次為烏賊、章魚和蝦等。1

蘇聯(lián)學(xué)者安德列耶采夫和拉斯依深海魚的起源，將它區(qū)分為1次性（原生性）深海魚和2次性（次生性）深海魚兩大類。1次性深海魚是指那些古代深海魚和大洋性深海魚，該類群的魚自古以來就一直適應(yīng)于深海生活，所隸屬的科和亞目，由分布面頗廣的種類（如角鮫鯨亞目、燈籠魚目、囊喉魚目）所構(gòu)成；而2次性深海魚又叫陸架性深海魚，多是較近期（第3紀(jì)以后）由大陸架向深海海底遷移來的種類，包括不少淺水魚，缺乏世界性種類（如鱸形目的杜父魚科、獅子魚科、綿矧科、鰣科等科）；1次性深海魚分布范圍較廣，世界深海區(qū)和底部皆有分布，而2次性深海魚類分布較窄，多位于與陸架斜坡相鄰的大洋底部，外洋底部極少。1

底棲生物深海底棲生物是指生活在深海底部不能長時(shí)間在水中游泳的生物，主要包括個(gè)體大小在2～40μm之間的微型底棲生物、個(gè)體大小在42～1000μm之間的小型底棲生物和個(gè)體大小在1000μm以上的大型底棲生物，深海底棲生物量隨水深而降低，在水深2000～3000m處底棲生物種類較多，在萬米以上的深淵仍有底棲生物，已發(fā)現(xiàn)的種類有孔蟲、海葵、多毛類、等足類、端足類、瓣鰓類和海參類等。1

深海底棲生物多樣性主要存在以下特征：

第一、深海底棲生物的生物量隨深度而下降明顯，當(dāng)深度梯度與距海岸的距離相吻合時(shí)，尤為明顯。在大部分深海底，生物量都小于0.5g/m2（濕重），還不足淺海底棲平均生物量（200g/m2）的1/400。在超深淵帶，生物量僅為0.01-0.3g/m2。深海底面積占整個(gè)海底總面積的90%以上，但其總生物量僅為海洋底棲生物總量的17%左右，可見其單位面積生物量是很少的。4

第二、深海底棲生物多樣性水平很高，是發(fā)現(xiàn)新物種的重要地方，即使在4700米深處，每次拖網(wǎng)都可以發(fā)現(xiàn)196個(gè)大型動(dòng)物的物種。關(guān)于深海底物種高多樣性有著不同的解釋：有的認(rèn)為深海環(huán)境的長期穩(wěn)定性導(dǎo)致小生境的分化，每個(gè)種有狹窄的生態(tài)位；有的認(rèn)為捕食性的動(dòng)物不加區(qū)別的捕捉被食動(dòng)物，避免了產(chǎn)生競爭排斥；還有學(xué)者認(rèn)為深海物種多樣性水平高是由于水溫低而導(dǎo)致生物代謝和生長率低，達(dá)到性成熟所經(jīng)歷的時(shí)間也長，減少了競爭優(yōu)勢種的出現(xiàn)機(jī)會(huì)。4

第三、深海（特別是深淵和超深淵）底棲生物種類的土著種的比例很高。有的類別中2/3以上是深海獨(dú)有種。例如具有鈣質(zhì)外殼的淺水有孔蟲在深水被具有蛋白質(zhì)成分的沉淀顆粒組成的外殼所取代。在淺水區(qū)軟體的海綿和鈣質(zhì)的海綿，在深水區(qū)也多半被具有硅質(zhì)骨針的玻璃海綿所取代。深海底棲生物還有不少“活化石”種類，如有柄海百合、腕足動(dòng)物等。4

第四、深海底棲生物有著特殊的環(huán)境適應(yīng)機(jī)制。深海底是一種極端環(huán)境，一團(tuán)漆黑、寒冷高壓、食物稀少、種群稀少，因此，深海底棲生物有著特殊的適應(yīng)機(jī)制。如，在完全黑暗的水層，有些種類的生物眼睛很小或完全退化，與此相適應(yīng)的是體色的適應(yīng)，往往是無色或白色；深海常年低溫高壓、高二氧化碳含量，使鈣的沉淀產(chǎn)生了困難，多數(shù)深海生物是柔軟的，缺少鈣質(zhì)骨骼。4

價(jià)值深海生物資源是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的形成、維持和發(fā)展具有重要作用。1

深海魚類資源是深海漁業(yè)發(fā)展的資源基礎(chǔ)，在近海漁業(yè)資源日益衰退的情況下，深海漁業(yè)日益成為海洋漁業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)和方向，目前深海漁業(yè)的作業(yè)水深已經(jīng)可以達(dá)到3000m。世界深海區(qū)域已有7～8科的魚類被列為捕撈對(duì)象，若包括可能捕獲的魚類，則總數(shù)可達(dá)35科以上，其中16～20科的魚類已被發(fā)現(xiàn)能形成穩(wěn)定的捕撈對(duì)象群。1

目前，在已發(fā)現(xiàn)的深海極端環(huán)境中蘊(yùn)藏著的生物資源中最具潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值的是深海極端微生物。1

深海微生物體內(nèi)的各種活性物質(zhì)具有耐高溫、耐高壓、耐酸堿和耐鹽的特性，尤其是一些極端酶，在普通酶失活的條件下仍然能保持較高的活性，它們是環(huán)境友好的高效生物催化劑，在工業(yè)上有著廣泛的的應(yīng)用前景，可用于特殊要求的化工生產(chǎn)和環(huán)保產(chǎn)業(yè)。目前，已經(jīng)有高溫聚合酶、糖酶、淀粉酶、蛋白酶等幾種極端酶開始工業(yè)化生產(chǎn)，并且已經(jīng)創(chuàng)造了數(shù)十億美元的經(jīng)濟(jì)效益。1

由于越來越多的病原菌或病毒對(duì)目前的藥物產(chǎn)生了抗藥性，并且不斷產(chǎn)生新的疾病，因此從海洋中篩選新的生物藥物成為藥物研究開發(fā)的重要方向。深海微生物特殊的化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)為當(dāng)今科學(xué)家們篩選新的藥物提供了良好的天然化合物，成為新型特效藥物、抗腫瘤、抗病毒、降壓降脂等藥物的來源。1

在海底，由于動(dòng)物尸體聚集、火山噴發(fā)等原因造成有毒物質(zhì)及硫化物等對(duì)陸地生物有害物質(zhì)的濃度較高，而生存在這里的微生物能分解這些物質(zhì)并以其為能源繁衍生息，因此，這些生物在清除地球表面的重金屬、石油等污染物方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。目前日本科學(xué)家已經(jīng)從深海中篩選到具有較高的石油分解能力的菌株，并已開展了應(yīng)用研究。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

江松敏 - 副教授 - 復(fù)旦大學(xué)