南極洲西部的陸地邊緣是地球上最荒涼的地方之一。在1000公里的範圍內，它被埋在南極洲西部冰蓋之下，這是一系列相互連線的冰川，大小相當於西歐，緩慢地從大陸滑入大海。當冰層越過被埋沒的陸地盡頭時，它變成了一個數百米厚的平坦冰架，向海洋延伸數百公里，漂浮在水面上。這個冰架有西班牙那麼大，非常廣闊，以至於可能需要三到十年時間，才能讓下方深處的洋流將一粒浮游生物從陽光充足、食物豐富的開闊海域，帶到遙遠的水下海岸線的可怕黑暗中。
海洋生物是羅伯特·佐克和十幾位科學家今年一月進行冰川學考察前往接地帶時最沒有想到的東西，接地帶是冰蓋過渡到羅斯冰架的地方。他們前往這個偏遠的地方是為了弄清楚緩慢移動的南極洲西部冰蓋的底部是如何應對氣候變化的。他們帶了幾位研究基本微生物的生物學家，但沒有帶任何研究更大生物的人。
1月16日，小組人員聚集在冰面上一個黑暗房間裡的影片監視器旁——這是一個臨時控制中心，建在一個金屬集裝箱內。幾天來，拖拉機拖著這個狹小的箱子，箱子安裝在四個巨大的滑雪板上，以及五十萬公斤的裝置和補給品，到達了這個地點，距離冰架在海上的前端邊緣850公里。他們使用熱水鑽在740米厚的冰層上鑽了一個比籃球筐稍寬的洞，以到達下方沿被埋沒的海岸線的一小片水域。然後，他們將一個名為“深海SCINI”的機器人用纜繩懸掛起來，開始小心翼翼地將其放入鑽孔中，同時展開繫繩以保持其與控制室的電子連線。
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佐克匆忙設計和製造了深海SCINI，以承受深海的嚴寒和高壓。但他只有時間在游泳池中測試這種遙控載具（ROV）。當這個狹窄的、兩米長的機器人在虛空中越降越深時，工作人員緊張地觀看了40分鐘。機器人鼻子上的燈光明亮地反射在豎井冰壁上的每一道白色波紋上，給人一種通往另一個宇宙的蟲洞的印象。
當孔洞的牆壁突然消失在空曠的黑暗中時，擁擠房間裡的研究人員集體撥出一口氣。深海SCINI穿過了冰層底部，進入了下方10米厚的鹹水層。一片貧瘠的海底映入眼簾，岩石嶙峋，毫無生氣——一片黑暗、寒冷、人類從未見過的海底。工作人員幾天前從洞中吊起的水樣清澈透明，沒有任何明顯的生命跡象。北伊利諾伊大學的冰川地質學家羅斯·鮑威爾是這次探險的共同負責人，他在透過衛星電話與我們交談時，將接地帶描述為“非常不適宜居住”，當時樣品已經被取回。
機器人的駕駛員賈斯汀·伯內特用手指在觸控板上滑動，引導深海SCINI到達漂浮冰架的底部。ROV的燈光照射出一個黑暗、凹凸不平的冰頂，上面鑲嵌著淤泥。這裡那裡，一粒沙子從天花板上脫落——在光線下閃閃發光，像一顆流星一樣落下。有時，這些流星之一的行為很奇怪——它似乎橫向衝去。沒有人能確定，但在影片中，似乎有什麼東西移動了。
伯內特開始引導深海SCINI回到海底，這時影片突然凍結。機器人已經關閉，以避免過熱——具有諷刺意味的是，在這種水溫為−2攝氏度的水中，只有鹽度和上方冰層帶來的極端壓力才能使其保持液態。佐克透過無線電呼叫外面的絞車操作員，要求他在研究人員重啟機器人時將機器人降到海底。
當攝像機重新啟動時，冷藏集裝箱內有人喊道：“看，看，看。我的天哪！”所有人的目光都轉向左邊，轉向朝下攝像頭的監視器。一個優美的形狀掠過螢幕——前端到後端呈錐形，像一個感嘆號，其半透明的身體呈藍色、棕色、粉紅色。那是一條魚，和黃油刀一樣長。房間裡爆發出驚呼聲。這支來調查冰川的隊伍，竟然在地球上公認最不適宜居住的地方之一發現了複雜的生命。
ROV那天在水下停留了六個小時，遇到了三種不同的魚——總共有20到30條。類似蝦的端足類動物在周圍飛舞。工作人員看到了一隻栗色的水母和一個在頭頂遊動的虹彩物體，可能是一種櫛水母。“你感覺到它們是一個生活在那裡的社群，”鮑威爾事後不久告訴我。“這不僅僅是一個偶然事件。”事實證明，貧瘠的深海蘊藏著大量的生命。
任務的整個範圍在瞬間改變了：現在的當務之急是儘可能捕捉到一些動物，以便研究人員稍後可以對其進行分析。在接下來的幾天裡，佐克在深海SCINI上用一塊窗紗製作了一個臨時的陷阱，並用魚肉作為誘餌。當機器人再次被放入海底時，它的攝像頭觀察了四個小時，數十隻端足類動物在陷阱周圍爬行，就像垃圾桶上的蒼蠅一樣。當絞車操作員將其吊起時，陷阱中裝有50多隻端足類動物。工作人員將這些微小的甲殼類動物冷凍起來，並將它們空運回南極洲的主要美國後勤樞紐麥克默多站，佐克和科學家們準備離開。
在如此豐富的數量中發現複雜的生命，完全是一個震驚。這些發現仍在科學界引起反響，顛覆了長期以來關於地球上生命以及在其他世界尋找生命的可能性的假設。
關於南極洲冰下生命的證據來得很緩慢。氣候條件惡劣，探險費用昂貴，特別是如果需要鑽穿數百米厚的冰層。由於這些原因，科學家們收集到的少量資訊來自靠近開闊水域的冰架前端邊緣。
在20世紀60年代，冰川學家偶然發現了一群海豹，它們不知何故生存了下來，儘管它們永久地被困在了麥克默多冰架上，距離冰架邊緣25公里——對於它們來說，游回大海太遠了。海豹聚集在一個冰架彎曲的深裂縫附近。它們潛入裂縫中，在下面的海水中覓食。生物學家們想知道，在黑暗、荒涼的水域中，海豹到底在吃什麼——尤其因為它們看起來甚至比生活在開闊海洋中的海豹還要肥——但科學家們無法找到答案。
1975年，低雲迫使約翰·奧利弗的直升機降落在附近冰裂縫旁，一個線索偶然出現了。奧利弗當時是加利福尼亞州拉霍亞斯克裡普斯海洋研究所的海洋學家，他和他的搭檔決定潛入裂縫中。他們沿著水下冰壁下降，在水下40米處，他們看到了一些奇異的東西：數百隻綠色發光的海葵紮根在冰中。他們一年後返回採集了一些海葵，但發現水中充滿了冰晶，迫使他們放棄了原定的潛水計劃，沒有采集甚至拍攝這些動物。他們發現的唯一成果是埋在一篇關於冰川的科學論文深處的一句話。
2003年，當時在東京大學工作的生物學家渡邊佑典，在3000公里外的裡瑟-拉森冰架附近的薄而季節性的海冰上露營。冬季在冰架前端邊緣的水面上形成的海冰，使他能夠住在小屋裡研究海豹的覓食習慣。他安裝在動物身上的儀器顯示，它們經常潛入水下150米處；他認為魚類聚集在那裡。但當他將攝像機安裝在一隻海豹身上時，照片顯示，有觸手搖曳的動物倒掛在冰架的下方——這是一個很大的驚喜。渡邊推斷，海豹潛入冰架邊緣下方是為了吃掛在那裡的東西。
當佐克在2010年受聘帶一個ROV幫助工程師在羅斯冰架的庫爾曼高地測試熱水鑽時，幾乎沒有人意識到奧利弗和渡邊獲得的驚鴻一瞥，庫爾曼高地是距離冰架前端邊緣10公里，冰層厚度為250米的地方。該團隊融化了一個穿過冰層的洞，佐克將他的機器人放入洞中。當他駕駛機器人在冰層下方行駛時，影片監視器上出現了一些奇怪的東西：觸手——幽靈般的——成千上萬的海葵的觸手，它們通常紮根在海底生活。在這裡，它們倒掛著，它們的莖幹鑽進了冰中。蠕蟲居住在其他的冰洞中。蝦狀的端足類動物和磷蝦在水中飛舞。魚類在四處遊蕩；其中一條魚倒著遊，它的腹部掠過冰冷的天花板。佐克說，這次意外的目擊“非常不合邏輯”。“完全沒有預料到會發生這種情況。”
俄亥俄州立大學的海葵專家瑪麗梅根·戴利看到第一批照片時驚呆了。“這讓我大吃一驚。它們看起來像蝙蝠一樣掛在洞穴的天花板上，”她說。“我從來沒有想到海葵會生活在那裡。”
沒有人想象過冰架下方會有一個倒置的生態系統。但科學家們至少可以通過當時的傳統觀點來合理化它的存在。生物學家們推斷，冰層前端下方的複雜生命可以由附近陽光充足的海洋中飄來的海水供養。但生命會迅速在冰架深處衰減——離陽光更遠。越來越小的生物會吃掉正在消失的食物殘渣，直到沒有任何食物殘渣剩餘，這標誌著一個巨大的區域的開始，那裡只有微生物居住，一直延伸到面積相當於一個國家的冰架下方數百公里處，並在接地帶結束。
接地帶與陽光和光合作用的隔離是深刻的。人類以前發現的最貧瘠的海底區域是黑暗的、深淵的海底，位於廣闊海洋的中心，水深6000米以下。這些深度的生命依賴於從上方陽光充足的水域過濾下來的死亡浮游生物的殘渣。在接地帶，上方沒有海面。加利福尼亞州莫斯蘭丁海洋實驗室的南極底棲生態學家斯泰西·金曾預計，該區域將比深淵更加孤立。
2013年，資助了2010年考察的內布拉斯加大學林肯分校的ANDRILL科學辦公室聘請佐克建造更先進的ROV——也就是後來的深海SCINI。他用藍寶石製造了它的攝像機視窗，用數百萬個微小的空心玻璃球製造了它的身體，以承受高達1000米的水壓，這樣它就可以在更厚、更偏遠的冰架下進行探索。佐克隨後受邀帶著深海SCINI參加由鮑威爾領導的探險——這是一項前所未有的努力，旨在鑽探到接地帶。
53歲的佐克完全不符合科學探險家的形象。他從未高中畢業。在1997年在麥克默多站找到一份維護無線電中繼塔和航空導航信標的工作之前，他花了幾年時間設計早期的無線電話系統。佐克和伯內特是該大學的機器人技術研究生，他們花了六個月的時間趕製深海SCINI，在林肯的一個悶熱的磚制機庫裡每天工作15個小時。深海SCINI的資金只作為原型，而不是用於真正的探索。當他們於2015年1月2日到達鑽探營地時，機器人仍然缺少導航系統和電源管理系統，這使其容易過熱。
在深海SCINI在發現魚類後被吊出洞後，該團隊降低了屬於鮑威爾的一套海洋學儀器，並將其停放在海底20個小時。在那裡，它測量了洋流和鹽度——這些資料可能為了解冰川融化的速度提供線索。它還跟蹤了水中氧氣和其他化學物質的水平——考慮到這一發現，這突然變得至關重要。在此期間，魚類和端足類動物參觀了該儀器的攝像頭。
營地的人們在深夜的晚餐中絞盡腦汁，試圖理解這些動物。“我們必須問問它們在吃什麼，”路易斯安那州立大學的微生物學家布倫特·克里斯特納說，他研究南極洲微生物已有15年。陽光太遙遠了，任何從冰架前端邊緣漂回這裡的水，都會在多年的緩慢遷移過程中被清理乾淨食物。
與微生物相比，動物對能量的奢侈需求加劇了這種神秘感。魚類需要一個多層次的食物金字塔。在最底層，微生物利用來自陽光或化學物質的能量，從水中吸取二氧化碳分子並生長。端足類動物吃微生物並回收它們的碳。魚類在頂層，吃端足類動物。蒙大拿州立大學的微生物生態學家約翰·普里斯庫說，這種碳或能量在食物金字塔中的轉移效率低下，他是今年探險的共同負責人。大約需要100公斤的微生物才能支援一公斤的魚。
神秘感也籠罩著南極洲西部冰蓋下隱藏的數百萬平方公里的陸地。冰川學家已經在冰層上鑽了幾個洞，進入了下面的泥土中。泥土中富含2000萬至500萬年前生活的矽藻的微小外殼——這證明在更溫暖的時期，淺海覆蓋了該區域。遙感地震測繪顯示，古代沉積層厚達數百米，其中含有數十億噸死亡並沉降到海底的分解海洋生物。
2013年初，與1月份鑽探到接地帶的同一組科學家鑽穿了內陸100公里的冰蓋，到達了一個名為惠蘭斯湖的冰下水庫。（我參加了那次探險。）來自古代海洋層的有機碳佔湖泊泥土的0.3%，這是一個驚人的數量，類似於滋養美國沙漠草原的土壤中的含量。該團隊還在湖中發現了微生物。在沒有陽光和光合作用的情況下，微生物透過利用湖中的氧氣“燃燒”來自下方分解層的銨和甲烷等化學物質來獲取能量。
接地帶的魚類是否也由類似的來源供養？
當深海SCINI下降到洞中時，就在機器人進入水腔之前，玻璃般的冰壁短暫地變得不透明和棕色。冰層底部20米處堆滿了與惠蘭斯湖中看到的相同型別的富含碳的碎屑——這種物質在數千年前冰川拖過陸地時凍結在冰川底部。
當深海SCINI探索海洋空腔時，這些沉積物的碎片從冰頂上掉落下來——那些閃閃發光的汙垢顆粒像流星一樣落下。每天大約有1毫米的冰層底部融化，釋放出富含營養的碎屑。普里斯庫注意到，在機器人擾亂了那裡的牆壁後，從洞底湧出的碎屑雲團周圍貪婪地聚集著端足類動物。他想知道，將這個地方與陽光隔絕的冰層是否也可能透過提供維持食物金字塔底端微生物的有機碎屑來供養它。他說，魚“正在從上方獲取食物”。“我幾乎百分之百確定。”
在普里斯庫看來，從陸地流向海洋的冰川在接地帶提供了一條緩慢的富含碎屑的冰層傳送帶，當它接觸海水時開始融化，灑出它的碎屑。骯髒的冰層融化得足夠快，以至於當它向海上移動40公里時，就會卸下它的全部負荷。加利福尼亞大學聖克魯茲分校的冰川學家斯瓦韋克·圖拉奇克說，這種區域性的沉積物雨“可以幫助肥沃海水，這有助於在冰架的最深處創造[一個]適宜居住的區域”，他與鮑威爾和普里斯庫共同領導了今年的探險。
這些孤立的棲息地可能很普遍。超過20000公里的接地帶隱藏在漂浮的冰層下，環繞著南極洲的海岸線。想象一下從太空俯瞰南極洲，透過冰層看到一條40公里寬的魚類和其他動物環繞整個海岸線的環——一個廣闊、繁榮的生態系統，而不是一個毫無生氣的地獄。
冰層下從這個綠洲到開闊水域之間的廣闊黑暗海洋也可能至少包含一些動物。1977年，在距離開闊海域475公里的羅斯冰架上鑽了一個洞，進入了一個240米深的水柱。一個透過洞口放入的攝像頭拍攝了幾百張海底照片，其中兩張似乎顯示了魚類。還看到了端足類動物。“人們並沒有給予太多關注，”金說。但現在，在接地帶這種更加孤立的環境中發現了魚類，舊的觀察結果似乎更值得注意了。
這種在冰架下蔓延生命的景象變得更加引人入勝。最近從飛機上拍攝的冰層穿透雷達影像可以繪製冰蓋的三維結構，影像顯示，從冰層融化的水比海水輕，因為它含鹽量較少，從接地帶沿著冰架底部以清晰的羽流形式流出數百公里。“你正在談論一條倒置的河流，”紐約大學的海洋學家大衛·霍蘭德說。倒置的河流在冰層中融化出通道，這些通道的寬度可以達到500到3000米，向上延伸到冰層本身200米。如果河流攜帶了從冰層中融化出來的碎屑，它們可能會沿著這些通道為生物提供食物。
隨著生物學家檢查佐克捕獲的照片和標本，以及2010年在庫爾曼高地採集的倒掛海葵（資料在延遲很久後才於2013年釋出），人們對地球上偏遠生命可能有多麼偏遠的興趣只會加深。一個驚人的認識正在浮出水面：這些生活在如此極端地方的物種，出乎意料地平淡無奇。“棲息地非常奇異，”戴利說。“但這些動物真的很普通。”
例如，海葵屬於一個世界聞名的科，該科遍佈全球。“它們在解剖學上沒有什麼出乎意料的地方，”戴利說——沒有新的腺體或其他器官來解釋它們如何在避免凍結的同時鑽入冰中。它們可能透過在身體周圍濃縮鹽分來生存，鹽分可以充當防凍劑。戴利確實注意到一種適應性：它們的卵非常肥，因此它們會漂浮到上方的冰頂，而不是沉到下方的海底。
1月份發現的紅色蝦狀端足類動物似乎屬於一個世界深海海底常見的科——“貪婪的食腐動物”，渥太華加拿大自然博物館的海洋生物學家凱瑟琳·康蘭說。她說，在南極洲，“如果有一種來自冰層上方碎屑的有機物來源，並刺激了微生物的生長，那麼端足類動物就可以從中獲取食物。”
藍色-棕色-粉紅色的魚也在照片中被認出。伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的魚類學家阿瑟·德弗里斯研究南極洲魚類已有近50年，他將它們鑑定為南極銀魚，這是南極洲沿海水域周圍最豐富的物種之一。具有諷刺意味的是，這種魚很容易因凍結而死亡。
在奇怪的地方發現如此平凡的生物，這表明了一個深刻的真理：地球上最偏遠、未開發的地區可能並不像我們想象的那麼極端。“我們總是認為我們很好地掌握了這個星球，”佐治亞理工學院的行星科學家布里特妮·施密特觀察到。她說，1月份的發現“告訴我們我們有多麼幼稚”。“對我來說，這才是真正的教訓所在。”
的確，複雜的生命可能存在於我們一直認為不適宜居住的各種地方。我們經常根據液態水來定義宜居性，無論是在地球上還是在其他行星和衛星上。施密特對此有不同的看法：“我正在尋找地質能源，”例如，板塊構造或滑動冰川可以將長期埋藏的碳重新帶到可以再次被吃掉的地方。“這些迴圈可以滋養生命，”她說。
最近的其他發現也支援了這種思維方式。在墨西哥灣海底發現了成群的蠕蟲，它們位於甲烷冰（一種在高壓下形成的奇異的固體天然氣形式）的上湧區域。儘管生活在這樣一個奇怪的地方，但蠕蟲吃的卻是典型的食物：細菌，而細菌反過來又消耗甲烷冰。在地球表面以下三公里的基岩裂縫中湧出的水中發現了不同的蠕蟲，它們以基岩中礦物質的微生物為食。一些深層微生物甚至是核動力的，在某種意義上，它們消耗由鈾和其他放射性元素的衰變產生的氫。
還有沃斯托克冰下湖，位於南極洲東部，距離1月份的鑽探地點內陸1500公里。沃斯托克湖位於3700米厚的冰層下，與空氣和陽光隔絕了1500萬年。在20世紀90年代，俄羅斯科學家向下鑽探，並在沒有刺穿湖泊本身的情況下，取回了沿著湖泊水面上邊緣凍結的冰。當鮑林格林州立大學的生物學家斯科特·羅傑斯分析了困在冰中的DNA時，備受尊敬的極地生物學家在2013年做出了懷疑和嘲笑的反應。他報告說，發現了可能居住在湖中的水生動物的DNA證據，包括海葵和甲殼類動物。
圖拉奇克說，“我認為對羅傑斯的分析保持開放的態度是好的”。儘管沃斯托克湖被埋藏得很深，但它可能含有大量的氧氣，這些氧氣是古代氣泡從上方的冰層中融化出來注入湖中的。
類似的過程可能存在於木衛二——木星的一顆冰凍衛星上，人們認為它在10到20公里厚的冰層下蘊藏著一個內部液態海洋。施密特和其他人發現了木衛二內部強大洋流的證據，這些洋流由木星的引力潮汐和摩擦加熱驅動。如果這些洋流使冰層底部變暖和融化，那可能會為類似於惠蘭斯冰下湖或接地帶發現的生態系統提供燃料。溫暖的洋流可能會驅動一種板塊構造，其中木衛二表面的冰被回收進入內部海洋，從而帶來穩定的氧氣和其他化合物流。
在接地帶發現動物提出了許多問題。鮑威爾將估算到達這個地方的洋流和熱量，這將揭示融化的冰層可以灑出新食物的速度。圖拉奇克在冰洞凍結關閉時放入冰洞的一系列儀器將透過監測冰架隨每日潮汐發生的傾斜變化來提供關於洋流的進一步資訊，並透過衛星鏈路每週將這些資訊傳回。普里斯庫和克里斯特納將解剖端足類動物，並對其腸道內容物進行DNA指紋分析，以瞭解這些動物吃什麼。他們還將分析來自水和泥土中微生物的DNA，以確定是什麼能量來源為這個食物網提供動力——銨、硫或其他化學物質。
鮑威爾希望帶著更大的ROV返回接地帶，它可以更深入地探索冰層下方，拍攝影片並測量水中的化學物質。佐克希望捕獲一些活魚和其他動物。但現在，他對深海SCINI的表現感到幸運。“[在南極洲]的經驗法則是，任何新的、重大的技術專案在第一年都無法工作，”他在一月份收拾行李時告訴我。深海SCINI的成功“是一個小小的奇蹟”。