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中國(guó)科學(xué)院“全球深淵探索計(jì)劃”（GHEP）團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)了全海深生物地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（Biogeochemistry Experiment System，簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)。近日，這一研究進(jìn)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(guó)際期刊《Deep Sea Research-Part I》，標(biāo)志著我國(guó)在深海原位實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域邁出了重要一步，為揭示深海深淵生命活動(dòng)與元素循環(huán)過(guò)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（BES）

“全球深淵探索計(jì)劃”團(tuán)隊(duì)研制的BES是一套能夠在全球最深海域進(jìn)行原位培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)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(diǎn)：

1. 全海深作業(yè)能力：系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬測(cè)試，可在110Mpa壓力和2°C低溫的極端環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行;
2. 原位操作優(yōu)勢(shì)：能夠直接在海底完成海水采集和培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，避免了傳統(tǒng)采樣方式因溫度、壓力等環(huán)境變化對(duì)樣品活性和完整性的影響;
3. 雙模式設(shè)計(jì)：支持通過(guò)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(shí)驗(yàn)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(guò)程中經(jīng)歷的壓力劇變和溫度波動(dòng)會(huì)顯著改變微生物活性和地球化學(xué)過(guò)程速率，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在偏差，BES系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于實(shí)現(xiàn)了真正意義上的原位實(shí)驗(yàn)：

• 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(shí)情況的生物地球化學(xué)過(guò)程速率數(shù)據(jù)

應(yīng)用地點(diǎn)：世界最深海域

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

• 馬里亞納海溝：挑戰(zhàn)者深淵，深度達(dá)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(shí)驗(yàn)號(hào)”著陸器開展深淵海底原位培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)

這些部署驗(yàn)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(guò)BES系統(tǒng)的海底布設(shè)，研究團(tuán)隊(duì)首次原位測(cè)量了海斗深淵帶氨氧化和亞硝酸鹽氧化速率，證實(shí)了即使在萬(wàn)米深淵，仍然存在活躍氮轉(zhuǎn)化過(guò)程。目前改進(jìn)版BES系統(tǒng)搭載深海載人潛水器已在多個(gè)深海深淵環(huán)境得到了進(jìn)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(lái)展望

BES系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用，為我國(guó)深淵科學(xué)研究提供了強(qiáng)有力的技術(shù)平臺(tái)。該系統(tǒng)未來(lái)還可拓展應(yīng)用于甲烷氧化等其他生物地球化學(xué)過(guò)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(jìn)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(jì)劃（GHEP）：

“全球深淵探索計(jì)劃”（Global Hadal Exploration Programme, GHEP）是一項(xiàng)為期十年的由中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所發(fā)起的聯(lián)合國(guó)海洋十年科學(xué)計(jì)劃，致力于探索和認(rèn)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(jì)劃”（Glabal TREnD）。該計(jì)劃依托尖端深潛及探測(cè)技術(shù)裝備對(duì)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(qǐng)?jiān)L問(wèn)：http://globaltrend.idsse.ac.cn