海溝環(huán)境具有低溫（1-2 C）、高壓（1100-600個(gè)大氣壓）、寡營(yíng)養(yǎng)和強(qiáng)地質(zhì)作用（地震和流體滲漏）等特征，因此海溝底部被認(rèn)為是不宜生物生存的。然而最新的探索發(fā)現(xiàn)海溝底部存在許多宏生物，微生物活動(dòng)甚至比周邊非海溝區(qū)更加強(qiáng)烈。海溝極端環(huán)境下的生物是采用何種方式生存？賴(lài)以生存的物質(zhì)來(lái)自何方？人類(lèi)活動(dòng)對(duì)海斗深淵有多大的影響？針對(duì)這些問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院海洋研究所深海中心、青島海洋試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室孫衛(wèi)東研究員團(tuán)隊(duì)與中科院廣州地化所、上海海洋大學(xué)以及中科院深海所等多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)展系統(tǒng)研究，取得重要進(jìn)展，第一篇相關(guān)成果近期在Nature Index 期刊Geophysical Research Letters發(fā)表，首次在11000米水深的鉤蝦體內(nèi)發(fā)現(xiàn)核爆14C。
由于上世紀(jì)五六十年代的人為核試驗(yàn)影響，使大氣中的14C含量增加了一倍，從而導(dǎo)致現(xiàn)代大氣中的 14C>0‰，這部分增加的14C稱(chēng)之為核爆14C。在海氣交換作用下，表層海水也具有了核爆14C信號(hào)（ 14C>0‰）。但在深海，由于海水循環(huán)周期長(zhǎng)和巨大的碳儲(chǔ)庫(kù)效應(yīng)，海溝內(nèi)源性有機(jī)質(zhì)（如周?chē)Ｋ芙庥袡C(jī)碳和沉積物有機(jī)質(zhì)）的 14C<-450‰。地球內(nèi)部物質(zhì)則經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)埋藏和地質(zhì)作用時(shí)間，14C基本衰變耗盡， 14C接近-1000‰。
采自海溝的鉤蝦樣品，其中來(lái)自新不列顛的鉤蝦體長(zhǎng)近10厘米
研究團(tuán)隊(duì)對(duì)來(lái)自西太平洋三個(gè)海溝（包括馬里亞納海溝）不同深度的鉤蝦有機(jī)組分進(jìn)行了14C示蹤研究，發(fā)現(xiàn)肌肉組織 14C變化范圍為10 2‰到65 2‰，與表層DIC和POC值接近，具有明顯的核爆14C特征；腸內(nèi)容物 14C值為7 2‰到20 2‰，與采樣時(shí)表層海水的 14C值十分接近，說(shuō)明海溝底部鉤蝦幾乎完全依賴(lài)表層有機(jī)質(zhì)的輸送；海溝鉤蝦體長(zhǎng)與肌肉組織的14C含量有很好的相關(guān)性，表明鉤蝦肌肉組織的14C含量可以指示鉤蝦的生長(zhǎng)時(shí)間。利用海洋核爆14C曲線，可以得到本研究中鉤蝦樣品的最大表觀年齡為11.5 1.5 yr?？紤]到測(cè)試對(duì)象的存活情況，海溝鉤蝦的實(shí)際壽命應(yīng)該大于11.5 1.5 yr，而淺海鉤蝦的壽命一般為1-2 yr，海溝鉤蝦的壽命顯著增長(zhǎng)，可能與其低溫環(huán)境有關(guān)。
鉤蝦肌肉組織 14C值(空心菱形)與滲漏流體形成的天然氣水合物(gas hydrate)、沉積物有機(jī)碳(sed)、海水溶解有機(jī)碳(DOC)、溶解無(wú)機(jī)碳(DIC) 及顆粒有機(jī)碳(POC)的 14C值比較
鉤蝦肌肉組織和腸內(nèi)容物 14C值(空心菱形和綠色圓點(diǎn))與海洋核爆14C曲線比較
鉤蝦肌肉組織 14C值與體長(zhǎng)的相關(guān)性（陰影表示不同最大體長(zhǎng)鉤蝦在全部種屬中的比例）
本研究是對(duì)世界最深海洋宏生物中14C含量的首次報(bào)道，解釋了海洋的最深處（包括馬里亞納海溝11000米處）并非預(yù)期那樣遙遠(yuǎn)和不可觸及，各種人為污染物可以快速侵入海洋最深處，使生物具有比周?chē)h(huán)境更高的污染物含量，進(jìn)而影響海溝的生態(tài)安全。此外，14C揭示的海溝鉤蝦的長(zhǎng)壽特征可能與其生存環(huán)境有關(guān)，有限的食物來(lái)源和低溫高壓環(huán)境使鉤蝦進(jìn)化出低新陳代謝率、低細(xì)胞更新速率，這些又會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞需氧量減少、細(xì)胞自噬行為增加及端粒體縮短速率減慢，從而使鉤蝦可以生長(zhǎng)的更大和更久，這一發(fā)現(xiàn)將為生物演化和生命科學(xué)等研究拓展新的思路和方向。
以上結(jié)果以研究論文《Penetration of Bomb 14C into the Deepest Ocean Trench》形式發(fā)表在Nature Index期刊《Geophysical Research Letters》。廣州地球化學(xué)研究所的王寧博士是第一作者，沈承德研究員、孫衛(wèi)東研究員、方家松教授是通訊作者。
項(xiàng)目得到了中科院海洋先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)、青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室鰲山人才項(xiàng)目及“科學(xué)”號(hào)高端用戶(hù)等項(xiàng)目支持。
