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中國科學(xué)院“全球深淵探索計劃”（GHEP）團隊自主研發(fā)了全海深生物地球化學(xué)實驗系統(tǒng)（Biogeochemistry Experiment System，簡稱BES），并在雅浦海溝和馬里亞納海溝的深淵帶（深度7869-10903米）成功開展了原位培養(yǎng)實驗。近日，這一研究進展以 “Development of a full-ocean-depth biogeochemistry experiment system and its first application at hadal zone” 為題發(fā)表于國際期刊《Deep Sea Research-Part I》，標志著我國在深海原位實驗研究領(lǐng)域邁出了重要一步，為揭示深海深淵生命活動與元素循環(huán)過程提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

自主研發(fā)儀器：全海深生物地球化學(xué)實驗系統(tǒng)（BES）

“全球深淵探索計劃”團隊研制的BES是一套能夠在全球最深海域進行原位培養(yǎng)實驗的自動化系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由泵、多通閥、油壓艙、鈦合金電子艙和培養(yǎng)袋等關(guān)鍵部件構(gòu)成，具備以下突出特點：

1. 全海深作業(yè)能力：系統(tǒng)經(jīng)過實驗室模擬測試，可在110Mpa壓力和2°C低溫的極端環(huán)境下穩(wěn)定運行;
2. 原位操作優(yōu)勢：能夠直接在海底完成海水采集和培養(yǎng)實驗，避免了傳統(tǒng)采樣方式因溫度、壓力等環(huán)境變化對樣品活性和完整性的影響;
3. 雙模式設(shè)計：支持通過著陸器布放模式與載人潛水器布放模式，適應(yīng)不同科研需求。

原位實驗的重要性：突破傳統(tǒng)研究局限

傳統(tǒng)深海研究通常采用CTD采水器采集樣品后甲板培養(yǎng)的方法，樣品在回收過程中經(jīng)歷的壓力劇變和溫度波動會顯著改變微生物活性和地球化學(xué)過程速率，導(dǎo)致測量結(jié)果存在偏差，BES系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于實現(xiàn)了真正意義上的原位實驗：

• 在海底直接采集水樣并立即開始培養(yǎng)；
• 全程保持深淵環(huán)境的原始溫度、壓力和化學(xué)條件；
• 最大程度保留了微生物群落的自然狀態(tài)和活性；
• 獲得了更接近真實情況的生物地球化學(xué)過程速率數(shù)據(jù)

應(yīng)用地點：世界最深海域

BES系統(tǒng)在 “探索一號”科考船TS03航次中，成功應(yīng)用于兩個深淵環(huán)境（圖1）：

• 馬里亞納海溝：挑戰(zhàn)者深淵，深度達10900-10903米
• 雅浦海溝：中部區(qū)域，深度7869-7884米

圖1. BES搭載“原位實驗號”著陸器開展深淵海底原位培養(yǎng)實驗

這些部署驗證了BES系統(tǒng)在極端深淵環(huán)境下的可靠性和操作可行性。通過BES系統(tǒng)的海底布設(shè)，研究團隊首次原位測量了海斗深淵帶氨氧化和亞硝酸鹽氧化速率，證實了即使在萬米深淵，仍然存在活躍氮轉(zhuǎn)化過程。目前改進版BES系統(tǒng)搭載深海載人潛水器已在多個深海深淵環(huán)境得到了進一步應(yīng)用（圖2）。

圖. 2正在海底工作的BES，系統(tǒng)由載人深潛器完成布放

未來展望

BES系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，為我國深淵科學(xué)研究提供了強有力的技術(shù)平臺。該系統(tǒng)未來還可拓展應(yīng)用于甲烷氧化等其他生物地球化學(xué)過程的原位研究，在冷泉、熱液和缺氧區(qū)等特殊深海環(huán)境中發(fā)揮重要作用。隨著技術(shù)進一步優(yōu)化，BES有望成為揭示深海深淵元素循環(huán)與微生物生態(tài)耦合關(guān)系的重要工具。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0967063725001840

關(guān)于全球深淵探索計劃（GHEP）：

“全球深淵探索計劃”（Global Hadal Exploration Programme, GHEP）是一項為期十年的由中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所發(fā)起的聯(lián)合國海洋十年科學(xué)計劃，致力于探索和認知全球海洋最深區(qū)域--深淵，其前身為“全球深淵深潛探索計劃”（Glabal TREnD）。該計劃依托尖端深潛及探測技術(shù)裝備對深淵地質(zhì)、生命與環(huán)境開展系統(tǒng)科學(xué)研究。了解更多信息，請訪問：http://globaltrend.idsse.ac.cn