本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
注：詹姆斯·卡梅隆的國家地理影片《深海挑戰3D》記錄了他前往馬裡亞納海溝最深處的挑戰者深淵的旅程，終於上映了——於8月8日在約300家“精選影院”上映。到目前為止，影評人的評價褒貶不一，有些人說這部電影卡梅隆的鏡頭太多，科學內容太少（儘管卡梅隆本人表示他本希望在影片中看到更多科學內容，但他認為加入更多科學內容會降低影片的商業可行性——儘管考慮到令人失望的首週末票房銷售額，但迄今為止，減少科學內容的路線似乎也沒有太成功）。
早在2013年4月，在採訪了卡梅隆科學團隊成員納塔莉亞·加洛之後，我寫了《馬裡亞納海溝底部有什麼？比你想象的更多》——我在下面重新發布了這篇文章——她回答了我所有關於卡梅隆在馬裡亞納海溝和新不列顛海溝（馬里亞納航行的海上試驗地點）遇到的生物的問題。我還觀看了美國地球物理聯合會採訪卡梅隆和他科學團隊另外兩名成員的影片，並利用這些資料和加洛的採訪重建了我們現在對最深海域生命形式的瞭解。雖然你必須觀看電影才能看到我下面描述的影像（這些影像在影片上映前都被囤積起來了），但如果《深海挑戰3D》讓你渴望瞭解更多關於挑戰者深淵生物學的資訊，請繼續閱讀。
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在我小時候喜歡的地圖上，最深、最黑暗、最可怕的地方是西太平洋中一道新月形的峽谷。
它被稱為馬裡亞納海溝，在最最底部是地球表面最低點，挑戰者深淵。它的底部深達七英里，令人恐懼。
那裡有什麼？想象一下很有趣。我不知道，而且似乎不太可能有人很快知道。
1989年，詹姆斯·卡梅隆在製作《深淵》時，也饒有興致地想象著類似峽谷底部可能存在什麼，這部影片想象了加勒比海一個未指明海溝底部存在著很多東西。十一歲的我非常喜歡它。
然後，去年，他親自回答了這個問題。
在二月和三月，他乘坐一艘纖細的酸橙綠潛艇深海挑戰者號，燈光和3D高畫質攝像機齊開，下潛到了新不列顛海溝和馬裡亞納海溝的底部。他還投放了幾個基於類似設計的自主著陸器。
當然，他不是第一個觀察者。載人深海潛水器的裡雅斯特號於1960年觸底，此後有幾輛遙控潛水器到達那裡。但的裡雅斯特號無法觀察到太多，而且不知何故，似乎很少有關於此後發現的資訊公之於眾。正如我二月份所寫的那樣，挑戰者號潛水和著陸器的所有鏡頭都被國家地理保留，直到他們可以釋出自己的3D故事片。考慮到他們資助了可能非常昂貴的行動，這完全可以理解。
然而，結果是，在所有這些對挑戰者深淵的訪問之後，海底的景象對我們其他人來說仍然很大程度上且令人沮喪地籠罩在神秘之中。
當有人提出告訴你地球最深處海底有什麼時，你會說“是”
一個月前，我寫了一篇關於一位與卡梅隆的資料合作的研究生在新奧爾良的一次不為人知的會議上做的重要報告。她的名字叫納塔莉亞·加洛，她是加州大學聖地亞哥分校斯克裡普斯海洋研究所生物海洋學專業的一年級研究生。
在她的導師麗莎·萊文的指導下，她花費了至少80個小時，而且人們可以合理地推斷出更多的時間，來檢查詹姆斯·卡梅隆駕駛潛艇帶回來的80個小時的錄影，這些錄影來自新不列顛海溝——位於巴布亞紐幾內亞海岸外——和2012年2月和3月的馬裡亞納海溝。她正在尋找大型動物——大型動物和其他大型物體——她的工作是識別和計數她能找到的東西。
在我上個月寫完之後，我希望有人在新奧爾良報道她的發現（結果證明，沒有人），她很客氣地聯絡了我，並主動告訴我她自己的發現。有些日子讓這份工作變得很棒。能夠向世界上少數幾個知道挑戰者深淵海底有什麼的人之一提出任何我想問的問題的那一天就是其中之一。
然後，在整理她告訴我的內容時，我發現美國地球物理聯合會釋出了卡梅隆在2012年12月的報告錄音，微生物學家道格拉斯·巴特利特、天體生物學家凱文·哈迪和其他人展示了他們的發現。當時它只獲得了少量媒體報道。這是一個金礦。大多數影像都被版權保護層隱藏起來。但音訊沒有。有了這兩個資訊來源，我將嘗試描述這個團隊對那裡有什麼的瞭解。
你要吃那個嗎？
可悲的是，挑戰者深淵中沒有任何北海巨妖潛伏——至少在顯眼的地方沒有。但還有其他有趣的東西。加洛識別出的大型生物主要分為三類：巨大的、幾乎看不見的和非常奇怪的。
第一類是端足類動物，它們是類似蝦的甲殼類動物。它們不是很迷人，但它們非常豐富。哪裡有水，哪裡就有端足類動物。在挑戰者深淵，似乎有幾種白色或淡粉色的物種。你可以在AGU影片中看到一些從1:01:52開始出現的。
挑戰者深淵端足類動物的特殊之處在於它們的大小。在報告中，巴特利特指出，大多數遠洋端足類動物的大小與你拇指的末節大小相當。團隊陷阱中捕獲的最大尺寸為17釐米。而那些無法捕獲的則達到了30釐米。那是一英尺長。
加洛在觀看影片回放時也注意到，最初看起來像是埋在沙子裡的棍子，並以奇怪的模式精心排列。直到反覆觀看錄影後，她才意識到自己看到的是海參——海參非常巧妙地隱藏起來，甚至卡梅隆在他的潛水過程中都沒有看到它們。它們的米色陰影與沙質基質完全匹配。
海參是棘皮動物，如海星，它們專門在世界各地的深海平原上漫遊，用它們的攝食器官從沉積物中獲取食物。其他的則選擇棲息在攔截洋流的位置，並用它們的攝食觸手捕捉漂浮物。
挑戰者深淵的海參屬於第二種。巴特利特說，早在20世紀50年代，蘇聯拖網漁船就從海溝中打撈出了像它們這樣的海參，但蘇聯的標本較小。
而且蘇聯的拖網漁船無法觀察到它們特殊的底部行為。在同一群體中，海參都指向完全相同的方向，這種策略似乎是為了最大限度地利用到達海底的少量富含營養物質的洋流。
加洛說，海參似乎也靜止不動。唯一似乎會移動的東西是它們的攝食器官。
如果生活給了你沙子，那就建造一座沙堡
卡梅隆的攝像機在挑戰者深淵觀察到的最後一種大型生物可能不是你認為的活物。然而，它們是深淵中最豐富的居民，在每兩分鐘的膠片樣本中達到超過20只的濃度。
加洛將它們描述為“破碎的沙堡”，從原本平坦無奇的平原上突出來。在卡梅隆潛水的前一年，斯克裡普斯和國家地理釋出了一個投放下潛相機到塞雷納深淵，馬裡亞納海溝的另一部分。由此產生的影片應該能讓你對它們的外觀有一個模糊的概念。（它還表明，挑戰者深淵至少還有另一種大型居民：水母。）
在那些不穩定的、不規則的沙堆內部，生活著一種巨大的、絲狀的原生生物，稱為有孔蟲。
有孔蟲——通常稱為有孔蟲——是類似變形蟲的原生生物。大多數有孔蟲會伸出絲狀、粘性的分支偽足，用它們來捕捉食物。它們通常生長碳酸鈣殼（技術上稱為“測試”）——通常具有高度的複雜性和美感——透過這些殼，它們伸出上述偽足。它們在世界海洋沉積物中爬行，捕捉獵物，並普遍製造混亂。
在挑戰者深淵底部，碳酸鈣殼不是一種選擇，因為那裡的強烈壓力——超過海平面壓力的1000倍——會溶解這種礦物質。這不是問題。那裡的微觀有孔蟲會製造軟殼，可能是蛋白質或其他有機聚合物製成的。日本探測器KAIKO在2005年發現了超過400種生活在挑戰者深淵沉積物中的軟殼有孔蟲。
但還有另一種選擇：玻璃。沙粒——通常由二氧化矽製成，二氧化矽是玻璃的主要成分*——可以承受馬里亞納級別的壓力。已故矽藻和一些放射蟲骨骼的殼也由二氧化矽製成。海洋沉積物有大量的沙粒、脫落的殼和微生物骨骼可以利用。如果你能把這些東西粘合在一起——也許還可以加上你自己的方便的糞便顆粒——你就擁有了製造防壓殼的材料。通常，不是真正的“殼”。但無論如何也是一個殼。
而這正是馬裡亞納海溝底部的異絲蟲所做的。不幸的是，它們的沙殼棚屋雖然防壓，但通常不是很堅固，這阻礙了迄今為止的大多數收集嘗試。因此，我們對它們的生物學知之甚少。我們確實知道它們遍佈世界各地的深海，而且似乎環境越深、越惡劣，它們就越好。
異絲蟲透過吞噬作用捕獲和吃掉微小顆粒，就像真正的“變形蟲”一樣。它們在海溝中分佈不均勻——有些區域更多，有些區域更少。加洛說，這些巨型原生生物可能正在選址它們的家園——就像海參一樣——以最大限度地提取洋流帶來的食物。當洋流遇到它們凹凸不平的住所時，水流減速，顆粒物沉降下來。
在沙棚屋內，是由管狀細絲組成的分支集合體，它有許多細胞核，沒有細胞分隔，這導致一些人將它們描述為地球上最大的“單細胞”生物之一。多頭絨泡菌——陸地爬行的細胞質袋，我非常喜歡——也是這個頭銜的競爭者。
但根據生物體目錄的克里斯托弗·泰勒的說法，認為異絲蟲是巨型變形蟲或世界上最大的細胞有點誤導。如果它們更像一個管狀網路，將它們描述為巨型變形蟲就不是很準確。只有當你也認為像接合菌綱這樣缺乏細胞壁分隔（生物學術語是“合胞體”）的絲狀真菌也是巨型細胞時，它們才算是巨型細胞。正如生物學中的許多事物一樣，泰勒指出，單細胞和多細胞之間的界限並不像你想象的那麼明顯。
在我看來，異絲蟲似乎正在佔據類似於陸地地衣所佔據的海洋生態位。也就是說，它們專門佔據那些如此惡劣以至於幾乎沒有競爭對手的棲息地。有趣的是，地衣和異絲蟲也都有絲狀體，並用化學物質或外來物體保護自己（有些地衣實際上生活在岩石內部，只在繁殖時才彈出），儘管這可能純屬巧合。
加洛估計，挑戰者深淵中可能有50-100種異絲蟲。
真正的挑戰者深淵派對場景是微生物
細菌和古細菌不是加洛研究的重點，但我不得不提及最近的發現，細菌在挑戰者深淵的沉積物中大量繁殖——並且在那裡發現的數量甚至比周圍的深海平原還要多。細菌不是唯一的微生物，我之前提到在那裡發現了數百種微觀有孔蟲。這項研究的作者——南丹麥大學的羅尼·格魯德等人——推測，峽谷壁充當營養漏斗，將細菌食物集中在海溝中。我不明白為什麼這種營養富集似乎沒有延伸到食物鏈的頂端。
卡梅隆團隊還發現，馬裡亞納海溝中存在細菌，這些細菌模糊了微觀和宏觀之間的界限。在AGU會議上，天體生物學家凱文·漢德描述了他在塞雷納深淵（拍攝異絲蟲投放下潛相機影片的地方）的陡坡巖塊上發現的“一種非常奇異的微生物生態系統”。在那裡，其中一個遙控著陸器拍攝到深棕色、蓬鬆的地毯狀細菌墊從海底的岩石上長出來。你可以在AGU報告中看到1:26:55和1:27:12的影像。
這些細菌似乎以岩石和海水之間自發的、常溫化學反應的產物為生。這些墊主要由稱為反硝化副球菌的細菌組成，它們似乎是該系統中的主要生產者，以海水誘導的岩石蛇紋石化釋放的氫氣和甲烷為食。墊子中的其他細菌似乎是反硝化副球菌系統涓滴經濟的受益者。
以上就是關於挑戰者深淵的全部內容。鑑於我們在那裡的海底時間可能仍然只有兩位數的小時，我確信那裡仍然有驚喜等待著我們。但瞭解這麼多仍然非常令人興奮。
食物如雨
新不列顛海溝——卡梅隆將其作為馬裡亞納海溝的試執行——深度為8,200米，僅比挑戰者深淵淺2,700米。但那裡的生命卻截然不同。海溝底部是海參、海葵、水母、櫛水母和巨型端足類動物的家園。海溝壁上棲息著數百隻白色、細長的柄海葵。
與馬裡亞納海溝的海參不同，新不列顛海溝的海參似乎向各個方向爬行，在沉積物中篩選食物，它們在該群落中佔據主導地位。攝像機甚至看到了海豬，一種長腿的粉紅色海參，長有觸手和褶邊Liberace式的攝食裝置。海豬成群結隊地穿越世界各地的深海平原，而且確實像豬。
在新不列顛海溝底部，柱頭蟲也很豐富。這些奇特的蠕蟲對我們具有特殊的意義。你可能知道，棘皮動物——如海星、海參和海豬——是與我們自己的脊索動物類群（具有背神經索的動物）關係最密切的動物類群。
柱頭蟲幼蟲與棘皮動物幼蟲非常相似。而成年的柱頭蟲——僅與脊索動物一起——具有用於呼吸和進食的鰓狀咽裂。它們還具有類似於我們自己的空心神經索。因此，柱頭蟲、棘皮動物和脊索動物似乎都有一個共同的祖先。柱頭蟲的非正式名稱——半索動物——也暗示了這一點。
3.7公里處有些特別之處
雖然這篇文章是關於海溝底部的，但海溝壁也可能很有趣。在新不列顛海溝的半途中，攝像機遇到了一個奇怪的群落，在上方或下方都沒有觀察到。在海溝的頂部和底部，大型動物生活在沉積物表面。但出於某種原因，在約3.7公里深的地方，大多數動物都生活在沉積物中。加洛說，此前在智利海岸附近的類似深度也觀察到了這個群落，因此這個深度似乎有些特別之處。
在這裡，沙灘上覆蓋著數百個，甚至數千個，各種大小和形狀的奇怪圓形圖案。加洛將它們描述為“玫瑰花結”或像沒有輪輞的輻條輪；卡梅隆稱它們為“星爆”。有些是完美的球形。有些向一個方向傾斜。有些重疊。她在2分鐘的膠片樣本中數了超過100個。但它們是什麼呢？
他們沒有設法在膠片上捕捉到製造它們的動物。但科學家們從其他海洋環境中瞭解到，這些奇怪的沙畫是稱為螠蟲的動物的產物。
螠蟲屬於稱為環節動物的動物類群。蚯蚓是該類群中最常見的成員。沙子圖案尺寸的差異似乎表明存在各種年齡和物種。
螠蟲在基本的環節動物身體結構中添加了一個吻，加洛將其描述為“舌頭”。
吻似乎舔舐或梳理沉積物以獲取食物，也許當它們的身體舒適地藏在挖掘中心的安全洞穴中時。蠕蟲可能有充分的理由保持謹慎。在這裡也看到了兩英尺半長的蜥蜴魚——對於這個深度來說很大——它們可能會密切關注螠蟲零食。
加洛和我一起試圖在網上找到這些來自其他海洋地點的玫瑰花結影像，以便在這裡與您分享。我們失敗了。“我在這些潛水地點看到的只是成千上萬的玫瑰花結，”她說，“甚至連一張圖片都沒有。” 也許，考慮到我們太陽系衛星和行星的大量影像，這一點值得深思。
他們在兩個海溝中都沒有看到三葉蟲，這些迷人的裝甲和方解石晶狀體生物在古生代海洋中佔據主導地位，長期以來一直被認為是已滅絕的。對不起，布萊恩·斯維特克（也包括我，就此而言）。
兩個海溝的故事
加洛和她的團隊從她數小時的海溝觀察中得出了一些結論。她說，其中之一是生物多樣性隨著深度的增加而降低。這不足為奇，因為食物也遵循同樣的曲線。
該團隊最重要的發現是：顯然，不存在一個“海溝底部群落”。但為什麼這兩個海溝的群落如此不同呢？根據科學家迄今為止的瞭解，這兩個海溝的故事是一個關於食物的故事。
新不列顛海溝靠近巴布亞紐幾內亞，大量來自陸地的垃圾最終會落到那裡。加洛在海底看到了棕櫚葉、樹葉、樹枝，甚至椰子。
但一個生態系統的垃圾是另一個生態系統的寶藏，在海溝中更是如此。新不列顛海溝中的許多海葵、軟珊瑚和稱為海百合（也稱為羽星或海百合）的有柄棘皮動物都將落入深海的碎片用作食物來源和活動基地。反過來，它們又將甲殼類動物和魚類吸引到土堆中。
在遙遠的西太平洋，食物要少得多。加洛說，陸地遙遠，馬裡亞納海溝上方的水域生產力不高。生活在海底的宏觀生物必須是依靠殘羹剩飯生存的大師。只有少數大型生物可以利用這些條件。但它們確實做到了，而且從它們的豐富程度來看，生活似乎還不錯，儘管有討厭的日本探測器和國家地理探險家。
這一洞察力使進一步探索的前景非常令人興奮。到目前為止的證據表明，每個海溝都可能具有個性。這表明，由於溫度、營養、地質、鹽度、化學性質等區域性組合，未探索的海溝可能包含我們尚未想象的物種和生態系統。
換句話說，每個未探索的海洋海溝都是一個等待拆開的驚喜包裹。在某個地方，以某種方式，三葉蟲——或更奇妙的東西——可能仍在等待閃光燈和香檳酒瓶的砰砰聲。我們走吧。
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*4/15/13 澄清：雖然沙子的二氧化矽通常以結晶石英的形式存在，而不是非晶玻璃，正如大衛·佈雷桑在原始帖子中的評論中所述。