居住在甲烷渗漏处的冷水珊瑚通过微生物介导的碳利用

深处的生命，由无形食物维系

在日光无法到达的深海——哥斯达黎加海域的黑暗海底，科学家发现了一种似乎改写海洋生命常规的珊瑚。该珊瑚并不只依赖于从表层沉降下来的微小死亡浮游生物碎屑，而是利用由食用从海底渗出的甲烷和富含硫的流体的细菌创造的隐藏食物来源。理解这种珊瑚如何在如此极端的环境中谋生，有助于揭示深海生态系统的运行机制，以及它们为何特别容易受到人类干扰的影响。

泄漏海底上的奇异家园

甲烷渗漏点是深层地球内部富含甲烷和硫化氢的气体与流体渗入海水的场所。这些地点孕育着热闹的群落——管虫、贻贝、蛤蜊和细菌垫，在没有阳光的条件下依靠化学能繁荣。新近研究的冷水珊瑚Swiftia sahlingi栖息在哥斯达黎加近海约一千米深处的12号土丘上。与其在这种化学条件苛刻的栖息地边缘保持安全距离不同，这种珊瑚常常就在典型渗漏生物之间出现，甚至生长在大型管虫和贻贝床之上。

描绘珊瑚选择栖息地的分布

为了解这种珊瑚偏好的邻域，研究团队使用配备摄像头和声纳的自主水下航行器对海底进行了勘测。他们从数万张图像中绘制出超过三千平方米的珊瑚分布图。大多数珊瑚群落——约五分之四——位于具有明显活动渗漏迹象的区域，例如贻贝、管虫或白色细菌垫。栖息地模型显示，坚硬的碳酸盐岩作为锚固点至关重要，但靠近渗漏动物，尤其是贻贝，也强烈预测了珊瑚可能繁盛的地点。这一模式表明，珊瑚并非仅仅利用陈旧、无活动的岩石；它是有意定居在化学渗漏仍在进行的区域。

追踪碳的来源

由于我们无法在深海直接观察珊瑚的取食行为，研究人员转而查看其组织中的化学线索。他们测量了珊瑚的天然碳与氮同位素比，并将其与附近不直接生活在渗漏区的其他珊瑚比较。与渗漏相关的Swiftia sahlingi表现出明显更轻的碳同位素特征，这与最终源自氧化甲烷或硫化物的细菌所提供的食物一致，而非仅来自表层沉降的浮游生物。为进一步检验，他们采集了活体珊瑚并在补充了稀有碳同位素标记甲烷的海水中孵育。一周后，来自一个活跃渗漏区的珊瑚在其碳同位素特征上出现了显著变化，这清楚地证明了由微生物处理的甲烷来源碳已被并入珊瑚自身的生物量中。

隐秘的伙伴：与珊瑚共生的细菌

研究团队还通过测序珊瑚组织中的细菌DNA来研究其微生物群落。他们发现硫氧化细菌占主导地位，有时占检测到的所有细菌的90%以上。许多属于已知能为深海热泉和渗漏处其他动物提供能量的门类。在两株珊瑚中，氧化甲烷的细菌也很丰富。值得注意的是，在孵育实验中吸收了标记甲烷的那株珊瑚，其体内甲烷利用细菌所占比例最高。硫氧化与甲烷利用细菌的混合，以及这些细菌在不同珊瑚间丰度的差异，表明这是一种灵活的共生关系，微生物可以通过多种途径帮助宿主获取食物。

为何这种灵活的生活方式重要

综上所述，分布图、同位素测定、实验和DNA分析共同显示，Swiftia sahlingi是一种混合取食的珊瑚，既利用来自表层下沉食物的能量，也从将渗漏化学物转化为可利用碳的细菌处获取能量。这种灵活策略可能使珊瑚能够定居在曾被认为过于极端的区域，拓展冷水珊瑚栖息地的分布并支持更多的深海生物多样性。与此同时，这也突出了这些生态系统对脆弱的化学与微生物过程的依赖——这些过程可能被深海采矿、拖网作业或钻探等活动扰动。认识到这些隐秘的伙伴关系，是保护深海那个鲜为人知但高度相互连接的生命网络的重要一步。

引用: Stabbins, A., Goffredi, S., Gasbarro, R. et al. Microbially mediated carbon utilization by a cold-water coral inhabiting methane seeps. Sci Rep 16, 9603 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-32153-0

关键词: 甲烷渗漏, 冷水珊瑚, 化学合成微生物, 深海生态系统, 共生