確定海溝生物的物質(zhì)來(lái)源可以幫助人類(lèi)理解深海的碳循環(huán)特征和極端環(huán)境下的生物適應性。海溝深度大多超過(guò)6000 m，其中馬里亞納海溝水深達11000米是世界最深處，被認為是地表最難到達、被人類(lèi)最少觸及的區域。海溝環(huán)境具有低溫（1-2°C）、高壓（1100-600個(gè)大氣壓）、寡營(yíng)養和強地質(zhì)作用（地震和流體滲漏）等特征。因此，海溝底部被認為是不宜生物生存的。然而，最新的探索發(fā)現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更加強烈。海溝極端環(huán)境下的生物是采用何種方式，依賴(lài)什么物質(zhì)得以大量存活的呢？針對這一問(wèn)題的猜想很多，但目前尚未有確切結論。表層物質(zhì)的沉降或食物鏈傳遞是海溝底部生物可能的物質(zhì)來(lái)源之一，但由于表層生產(chǎn)力低下和深度增加，最終能夠到達底部的物質(zhì)十分有限，難以支撐底部的生物量。而馬里亞納海溝斜坡頂端的低溫熱液溢出地點(diǎn)及化能營(yíng)養型生態(tài)系統的發(fā)現，使地球內部物質(zhì)成為海溝生物的物質(zhì)供應的又一可能來(lái)源。另外，在海溝生物體內發(fā)現的特殊消化酶，使該處生物具有消化周?chē)Ｋ统练e物中惰性有機質(zhì)的能力，海水和沉積物中惰性有機質(zhì)也成為海溝生物得以生存的可能的物質(zhì)來(lái)源。

　　到底哪一種來(lái)源是海溝生物利用的物質(zhì)的主要來(lái)源呢？利用宇宙成因核素14C的示蹤功能可以很好的回答這個(gè)問(wèn)題。因為在這三種物質(zhì)來(lái)源中，有機質(zhì)具有顯著(zhù)的Δ¹⁴C差異。由于上世紀五、六十年代的人為核試驗影響，使大氣中的14C含量增加了一倍，從而導致現代大氣中的Δ¹⁴C>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（Δ¹⁴C>0‰）。但在深海，由于海水循環(huán)周期長(cháng)和巨大的碳儲庫效應，海溝內源性有機質(zhì)（如周?chē)Ｋ芙庥袡C碳和沉積物有機質(zhì)）的Δ¹⁴C<-450‰。地球內部物質(zhì)則經(jīng)過(guò)了漫長(cháng)埋藏和地質(zhì)作用時(shí)間，¹⁴C基本衰變耗盡，Δ¹⁴C接近-1000‰。

　　鑒于此，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室王寧助理研究員及其合作者對來(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組分進(jìn)行了¹⁴C示蹤研究，取的以下進(jìn)展：

　　1.肌肉組織Δ¹⁴C變化范圍為10±2‰到65±2‰（圖一），與表層DIC和POC值接近，具有明顯的核爆¹⁴C特征。

　　圖一  鉤蝦肌肉組織Δ¹⁴C值(空心菱形)與滲漏流體形成的天然氣水合物(gas hydrate)、沉積物有機碳(sed)、海水溶解有機碳(DOC)、溶解無(wú)機碳(DIC) 及顆粒有機碳(POC)的Δ¹⁴C值比較

　　2.腸內容物Δ¹⁴C值為7±2‰到20±2‰，與采樣時(shí)表層海水的Δ¹⁴C值十分接近（圖二，棕色虛線(xiàn))。這些說(shuō)明盡管表層生產(chǎn)力十分有限，但海溝底部鉤蝦幾乎完全依賴(lài)表層有機質(zhì)的輸送。

圖二  鉤蝦肌肉組織和腸內容物Δ14C值(空心菱形和綠色圓點(diǎn))與海洋核爆14C曲線(xiàn)比較

　　3. 海溝鉤蝦體長(cháng)與肌肉組織的¹⁴C含量有很好的相關(guān)性（圖三，R2=0.89），表明鉤蝦肌肉組織的¹⁴C含量可以指示鉤蝦的生長(cháng)時(shí)間。利用海洋核爆¹⁴C曲線(xiàn)，可以得到本研究中鉤蝦樣品的最大表觀(guān)年齡為11.5±1.5 yr。考慮到測試對象的存活情況，海溝鉤蝦的實(shí)際壽命應該大于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(zhù)增長(cháng)。

圖三  鉤蝦肌肉組織Δ14C值與體長(cháng)的相關(guān)性。陰影表示不同最大體長(cháng)鉤蝦在全部種屬中的比例

　　本研究是對世界最深海洋宏生物中¹⁴C含量的首次報道，解釋了海洋的最深處（馬里亞納海溝）并非預期那樣遙遠和不可觸及，各種人為污染物（如放射性物質(zhì)、持久有機污染物和微塑料等）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(cháng)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、低細胞更新速率，這些又會(huì )導致細胞需氧量減少、細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(cháng)的更大和更久，這一發(fā)現將為生物演化和生命科學(xué)等研究拓展新的思路和方向。

　　以上結果以研究論文《Penetration of Bomb ¹⁴C into the Deepest Ocean Trench》形式發(fā)表在期刊《Geophysical Research Letters》。