揭示海绵主导的北极生物热点的原位氧气、碳与养分循环

深暗北极中繁荣的生命

在波涛之下、接近冰点且完全没有阳光的水域，科学家们发现了一个出人意料的繁忙群落：生活在北极海底山上的广阔深海海绵田。本研究探讨了这些看似简单的动物如何通过吸入氧气、摄取看不见的食物并循环关键养分，维持一个完整的隐秘生态系统。

海底的海绵之城

研究聚焦于舒尔茨暗丘（Schulz Bank），这是一座沿北极中洋脊的巍峨海山，顶端位于距海面约580米处。它的顶面覆盖着致密的“海绵地”，不同种类的海绵形成由玻璃质骨针构成的类礁状结构。这些海绵田创造了三维栖息地，为鱼类、珊瑚和许多小型无脊椎动物提供庇护。强劲的洋流环绕海山旋转，捕获来自季节性浮游植物暴发的颗粒和有机物并将其输送到顶部，使其即便在食物贫乏的严酷环境中也成为深海生物学热点。

在海底测量呼吸与废物

为理解这一群落如何运作，团队使用遥控潜器在海绵地的斑块上放置透明丙烯酸腔室。每个腔室封闭了一小块海底及其所居动物。数小时内，仪器记录了氧气变化并采集水样以追踪微生物与溶解养分，如不同形态的氮和磷。通过比较大量海绵生物量的腔室与仅有稀疏或零星海绵的腔室，研究者得以估算海绵本身对周围水体化学的驱动强度。

深海的碳利用热点

海绵地被证明是呼吸的动力源。该群落消耗氧气的速率可与著名深海珊瑚礁相媲美，远高于北极附近的软沉积物。简而言之，海绵及其邻居消耗有机碳的速度远快于来自表层的缓慢持续食物雨所能合理提供的量。这种不匹配表明海绵利用了额外的、更不显眼的食物来源，尤其是溶解有机碳和微小浮游生物，它们不断从水中过滤这些物质。它们的活动将上覆水体与海底紧密耦合，迅速将原本难以利用的碳转化为可为更广泛底栖食物网提供能量的形式。

将废物变成深海的肥料

在消耗氧气和碳的同时，海绵向水体释放稳定的无机养分——铵、硝酸盐、亚硝酸盐和磷酸盐。这些养分如同肥料，可能滋养远离海山的微生物和藻类。含有更多海绵生物量的腔室通常显示出更高的养分释放量，突显了这些动物的核心作用。研究还发现，不同类型的海绵行为各异。内部微生物稀少的海绵往往释放较多的铵和磷，而微生物丰富的海绵则倾向于在体内更多地循环养分，并维持更平衡的氮磷比率。这表明海山上海绵物种的组合不仅能影响再生养分的总量，也能影响这些养分以何种化学形态存在。

为何这个隐秘的循环工厂至关重要

综合来看，结果将舒尔茨暗丘描绘成一座深海循环工厂：海绵从水体中吸入稀薄且难以利用的碳与氧，处理它们，并释放富含养分的副产物，进而支持暗黑海洋中其他生命。尽管这些测量在技术上具有挑战性且基于有限次数的实验，但它们证实海绵地并非被动栖息地，而是碳与养分循环的主动发动机。因为类似的海绵田正被陆续发现于全球海洋，它们的综合影响可能显著改变养分与能量在深层水体中的流动方式。因此，保护这些生长缓慢的群落免受拖网底渔、深海采矿以及气候驱动的环流变化等威胁，对于维持更广泛海洋生态系统的健康与生产力至关重要。

引用: Hanz, U., Mueller, B., Bart, M.C. et al. Unveiling in situ oxygen, carbon and nutrient cycling of a sponge-driven biological hotspot in the arctic. Sci Rep 16, 7743 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41798-4

关键词: 深海海绵, 养分循环, 北极海山, 碳通量, 底栖热点