编者按：本文是两部分问答的第一部分，该问答来自一次圆桌会议，詹姆斯·卡梅隆在会议上与伍兹霍尔海洋研究所（位于马萨诸塞州科德角）的研究人员讨论了深海科学。
今年三月，电影制作人兼水下探险家詹姆斯·卡梅隆从他创纪录的马里亚纳海沟挑战者深渊（太平洋表面以下11公里）之旅归来后，宣布捐赠他的潜水器深海挑战者号给伍兹霍尔，科学家们计划利用其尖端技术来帮助进一步了解海沟中的生命。
深海挑战者号抵达伍兹霍尔后的首要任务是：将为其定制的灯光、成像设备和高清3D摄像机安装到伍兹霍尔的涅柔斯号遥控潜水器上，为后者在2014年2月或3月潜入10公里深的克马德克海沟（位于新西兰北岛东北端外海）做准备。克马德克海沟比卡梅隆探索过的挑战者深渊地点浅一公里，但涅柔斯号的任务对于理解在海沟（地球上最恶劣的栖息地）中进化出的奇特生物、生态系统和地质活动至关重要。
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与卡梅隆的圆桌讨论于四月在纽约市举行，参与者包括：伍兹霍尔深海生物学家、该机构Hadal Ecosystem Studies (HADES) 项目的首席研究员蒂姆·尚克；伍兹霍尔国家深海潜水设施主任安迪·鲍文；伍兹霍尔总裁兼主任苏珊·艾弗里，以及一些记者。
在第一部分中，卡梅隆和伍兹霍尔的研究人员讨论了使深海挑战者号能够将他带到地球最深处的科技进步将如何为理解在广阔的未探索海渊带深度（即六公里以下）的生命解锁新的可能性。讨论还涉及即将到来的涅柔斯号任务以及伍兹霍尔希望在世界最深、最冷的海沟之一的底部发现什么。卡梅隆还描述了他驾驶深海挑战者号历史性航行至马里亚纳海沟挑战者深渊的经历。
在第二部分中，卡梅隆讨论了 1960 年代的探索时代——无论是进入太空还是海洋深处——如何激发了他作为电影制作人以及后来的深海先驱和科学倡导者的职业生涯。
[以下是采访的编辑稿。]
您为什么将深海挑战者号捐赠给伍兹霍尔？
詹姆斯·卡梅隆：对我来说，这是一个无限更好的结果，而不是让它闲置，直到我完成接下来的两部电影，并且可能在五六年后的科技界出现，那时它已经过时了，或者已经找到了其他解决方案。
[在 2012 年 3 月挑战者深渊载人探险尘埃落定之后]，我的幻想目标是整个科学界都希望能够使用它。不幸的是，在 1960 年代和 70 年代深海探索的鼎盛时期存在的那种资金，如今更难获得了。因此，我们不得不寻找一种方法，使这项技术能够有益于海洋学界。我们想出了一个让我们所有人都很高兴的方案。
就[未来深海挑战者号的任务而言]，我认为我们都不想排除任何可能性。我们可能会考虑在某个时候再次将其出海，并在时机成熟时出去尝试为之寻找一些资金。更直接的目标是将潜水器的技术转移到海洋学界的主流中。
在不再次出动深海挑战者号的情况下，它将如何有益于深海科学？
安迪·鲍文：这目前正在进行中。部分技术将转移到我们的涅柔斯号水下遥控载具中，该载具将在[克马德克海沟]中开展一项科学调查项目，特别是使用作为深海挑战者号计划一部分开发出来的摄像机。
卡梅隆：这些摄像机的由来很有趣。我们知道深海挑战者号将快速穿过水柱，以便我们拥有尽可能多的海底停留时间。但这意味着，如果我们想将摄像机放在吊杆上，以便能够看到潜水器及其周围区域，那么摄像机必须非常小，而我想要高清和 3D [功能]。我之前的 HD [或高清] 3D 潜水器摄像机重约 180 磅，它安装在一个 150 磅的云台机构上。嗯，所有这些都必须放在吊杆上，这显然不可能在重量和空间都受限的小型载具上实现。
所以我给我的工程师们提出了一个挑战，即设计出比我们之前的摄像系统小几个数量级的设备，并且必须在两倍的深度下工作。这让你在难度方面超出了标准，但他们从传感器级别开始构建摄像机。[两个安装在钛合金外壳中的摄像机重约四磅半] 我们将其安装在一个四磅的云台上。你可以将其中几个放在涅柔斯号上。
当深海挑战者号在六月抵达时，伍兹霍尔还将用它做什么？
卡梅隆：我花了七年时间建造深海挑战者号的工程师团队将与伍兹霍尔的工程师分享他们的经验和知识，反之亦然。
我不期望建造一支深海挑战者号舰队。那是一艘非常特殊的载具，服务于非常特定的目的。但是，如果你能够将潜水器上的各种系统抽象出来，形成不同的外形，你可能会最终将其中一些集成到用于海渊带研究的[自主水下航行器]中。其中几个在海沟中穿梭，开始为你带来更好的科学回报。
我没有对[深海挑战者号的技术如何使用]设置任何限制或约束。我认为我们同意暂时不锯开潜水器。
2014 年克马德克海沟探险的具体科学目标是什么？
蒂姆·尚克：我们希望带领涅柔斯号进行为期六周的太平洋克马德克海沟探险，以探索海洋海渊带区域的一部分，这些区域在很大程度上是未知的。关于这些区域的绝大多数信息来自 1950 年代的两次航行[丹麦的加拉提亚号和苏联的维тязь号探险]，这相当令人尴尬。我们只有一个目录，上面列出了一些通过拖网捕捞上来的物种的名称。在 2000 年代，有几次航行探索了海渊带深度，并带回了一些样本，每个样本都非常宝贵。[例如，来自马里亚纳海沟的沉积物样本中含有高度活跃的细菌群落，尽管那里的环境承受着极端压力，几乎是海平面压力的 1100 倍，根据 3 月份自然地球科学报告。]研究[还]显示了海沟深处存在碳食物来源，这是我们以前不知道的。[大众科学是自然出版集团的一部分。]
世界各地有七个机构和 10 位科学家[参与了克马德克探险，作为海渊带生态系统研究(HADES)计划的一部分]，他们致力于回答六个主要问题，包括生物多样性方面有什么，它们以什么为食，以及它们如何在隔离状态下进化。
卡梅隆：我认为概述一下海渊带深度在生物学和地质学方面究竟有多么不为人所知是很有趣的。关于海底的大部分知识都来自在水柱上方数英里处拍摄的图像，而且这是一个相对粗略的数据集。所以你必须下去看看并进行实地验证。很少进行过这种观察。正如蒂姆所说，只有几次航行。
尚克：最重要的是，我们希望带回样本并研究它们在生物技术中的用途。根据我们迄今为止看到的海渊带样本，这些动物分泌的酶对人类非常有益。有些酶正在用于治疗阿尔茨海默病的试验。现在我们也在寻找抗体、抗癌、抗肿瘤特性。所有这些都取决于你如何才能很好地保存这些动物并将它们[活着]带上来，这是我们现在无法做到的。[活体样本已成功从不超过约 1.4 公里的深度带到水面。]
卡梅隆：当压力被消除时，它们的生物学功能就会失效。但是你潜得越深，你能携带的设备就越少。将一个压力容器带到海渊带深度[可以使标本在被带到水面时保持存活]需要一件重型设备。
根据我们目前所知，海沟底部的生命是什么样的？
尚克：人们认为海沟是这些静止的沉淀物，但它们是非常动态的地方。那里发生着大量的摩擦和断裂[在海底]。那里会积聚沉积物，水会从这些沉积物中挤出来，然后向上渗透并与岩石相互作用。很多地震，这意味着海底有很多斜坡。我们还认为，在这些海沟中存在泥火山，沉积物随着时间的推移而堆积，具有其独特的化学成分。
通过 HADES 计划，我们正试图研究从每 1000 米深度到最大 11000 米深度的所有深度。我们认为海沟与海洋的其他部分完全不同。不知何故，当您到达海沟时，海底食物来源的稀缺性会增加。它变得越来越少，直到你到达深海平原。然后，当你潜得更深时，可用的食物来源会增加。我们不知道这是为什么。也许是海沟的地形将这些东西带入。无论如何，我们认为这正在支持海沟栖息地中的巨大多样性。但是，如果你只是放下投放式摄像系统，就很难了解这些情况。
卡梅隆：有一个合理的假设是，[海渊带地区的地质活动]可能是生命的摇篮，这需要加以研究。
鲍文：这几乎就像你在回顾过去。海沟是了解我们一直无法见证的[生物和地质]过程的窗口。
尚克：我们迄今为止研究过的[来自海渊带地区的]微生物非常多样化。它们具有多种功能，并且[它们依靠包括甲烷、氢气和硫化物在内的化学物质生存]。那里的一些节肢动物体内有纤维素消化酶。它们可以消化木材。其他动物表现出巨型症的迹象[它们比浅水区的同类动物大得莫名其妙]。一种理论是，你所处的深度太深，以至于你无法折叠你的蛋白质，因为你的细胞被挤压得太厉害了。你必须有一种使自己变大的方法，而你拥有专门的酶来做到这一点。另一种理论是，你必须让自己变得更大才能发挥作用，而且我们知道它们拥有这样做的酶。但是，如果你没有大量的食物来源，你就无法变得巨大，这又表明那里有大量的食物，比我们想象的要多得多。对于每一种解释，都有如此多的例外情况，以至于没有任何一种解释奏效。问题远多于答案。
海洋探索已经进行了几十年，为什么研究海沟中的生命仍然如此困难？
卡梅隆：我们正处于海渊带深度技术的尖端。当你潜入 6000 米以下时，一切都会改变。[从工程角度来看]，在那个深度，你的浮力、压力容器、壁厚等方面的性能-收益比已经改变。载具往往变得非常重且难以管理。这会提高你的功率预算和成本，而且这不是一个小问题。人们认为，既然你可以到达地下四英里，那么额外的三英里应该不是什么大问题。但是你会遇到材料科学的极限，你实际上必须创造新的材料来制造载具，使其具有与在水柱较高处运行的载具相同的灵活性和成本因素。这就是海渊带深度仍然相对未被探索的原因。
您作为电影制作人的成功与深海探索息息相关，从深渊开始，一直延续到泰坦尼克号以及关于制作这部电影的纪录片。您是如何为潜入挑战者深渊做准备的？
我们在悉尼开发了[深海挑战者号潜水器]，然后我们计划在关岛附近的挑战者深渊进行潜水。我们想证明潜水器可以到达海洋中的那个地点，不一定是因为最深处是科学上最有趣的地方，而是因为一旦你证明你可以去任何地方。在前往关岛的过程中，塔斯曼海[变得]非常汹涌。因此，我们开始寻找一个可以靠近陆地的深水区，以阻止在一年中的那个时候由信风驱动的大洋涌浪的传播。我们在新不列颠岛和新爱尔兰岛之间寻找，那里有新不列颠海沟[延伸]五英里深，足够我们进行海上试验，然后再前往挑战者深渊。
这本应是技术海上试验，我们有一个完整的科学团队计划在关岛与我们会合，他们来自斯克里普斯研究所、夏威夷大学，甚至还有关岛大学和喷气推进实验室——都是我认识的人。结果发现关于新不列颠海沟底部有什么的数据非常少，他们都想早点来，看看那里有什么。所以我们的海上试验实际上最终变成了科学潜水，我们在那里带回样本，这很好，因为无论如何我们都需要有一项活动来专注于此。
您能描述一下您历史性的挑战者深渊潜水吗？
卡梅隆：我怀疑我的脉搏上升了多少。也许是在我们移走[水面上的]浮筒时。我专注于任务。我有一个多页的清单，围绕时间和深度、指标以及我必须做的事情进行组织。我必须按特定顺序启动系统，因为球体可能会过热。潜水器的最大问题之一是热通量。驾驶员球体非常小，而且里面塞满了大量设备和我。如果我在水面打开所有设备，我就会被烤熟。我真的会像水煮三文鱼一样。所以我有一整套协议，可以根据需要将设备上线。挑战者深渊潜水的独特之处在于，我完成了清单上的所有内容，清单一直带我到达新不列颠海沟的底部，然后我就没事可做了。我还有 9000 英尺要走。
我在两米吊杆的末端安装了一个小型立体高清摄像机。我只是将摄像机对准我打开的一个聚光灯。聚光灯会照亮水柱中的颗粒物。我可以分辨出，如果我速度快或慢，通过聚光灯的[浮游生物]颗粒物看起来会是什么样子，精度为半节增量。当我下降到 29000 英尺以下时，我的高度计停止了。“雪”在 29000 英尺处消失了，[高度计]读数变为零。水只是清澈见底。
下降时，我以 5.2 节的速度离开水面，基本上以零速度到达海底。我着陆时看到的第一件事是其他一些载具的轨迹，这可能是[伍兹霍尔的涅柔斯号，它曾在 2009 年去过挑战者深渊]。你远离那个[着陆]点，那里几乎什么都没有。你没有看到动物在原位活着时的行为方式。
为什么深海探索对您如此重要？
卡梅隆：记住这些海渊带海沟的总面积大于美国，大于澳大利亚，这是有好处的，所以它基本上就像一个从未被探索过的、就在地球上的大陆。很多人认为我们生活在一个后探索时代——一切都已被看到，一切都已被绘制出来。我们是如何设法进入 21 世纪，却恰好错过了一个大陆？因为我们就是这样做的。答案显而易见：这是地球上最难到达的地方。从技术角度来看，它是最具挑战性的操作场所。我会提出这样的论点，我曾参与过太空机器人技术，现在又参与了全海洋深度技术，这是一个比建造太空硬件要求更高的环境，因为应力要大得多，大约是 1000 倍。