南极洲西部的陆地边缘是地球上最荒凉的地方之一。在1000公里的范围内，它被埋在南极洲西部冰盖之下，这是一系列相互连接的冰川，大小相当于西欧，缓慢地从大陆滑入大海。当冰层越过被埋没的陆地尽头时，它变成了一个数百米厚的平坦冰架，向海洋延伸数百公里，漂浮在水面上。这个冰架有西班牙那么大，非常广阔，以至于可能需要三到十年时间，才能让下方深处的洋流将一粒浮游生物从阳光充足、食物丰富的开阔海域，带到遥远的水下海岸线的可怕黑暗中。
海洋生物是罗伯特·佐克和十几位科学家今年一月进行冰川学考察前往接地带时最没有想到的东西，接地带是冰盖过渡到罗斯冰架的地方。他们前往这个偏远的地方是为了弄清楚缓慢移动的南极洲西部冰盖的底部是如何应对气候变化的。他们带了几位研究基本微生物的生物学家，但没有带任何研究更大生物的人。
1月16日，小组人员聚集在冰面上一个黑暗房间里的视频监视器旁——这是一个临时控制中心，建在一个金属集装箱内。几天来，拖拉机拖着这个狭小的箱子，箱子安装在四个巨大的滑雪板上，以及五十万公斤的设备和补给品，到达了这个地点，距离冰架在海上的前端边缘850公里。他们使用热水钻在740米厚的冰层上钻了一个比篮球筐稍宽的洞，以到达下方沿被埋没的海岸线的一小片水域。然后，他们将一个名为“深海SCINI”的机器人用缆绳悬挂起来，开始小心翼翼地将其放入钻孔中，同时展开系绳以保持其与控制室的电子连接。
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佐克匆忙设计和制造了深海SCINI，以承受深海的严寒和高压。但他只有时间在游泳池中测试这种遥控载具（ROV）。当这个狭窄的、两米长的机器人在虚空中越降越深时，工作人员紧张地观看了40分钟。机器人鼻子上的灯光明亮地反射在竖井冰壁上的每一道白色波纹上，给人一种通往另一个宇宙的虫洞的印象。
当孔洞的墙壁突然消失在空旷的黑暗中时，拥挤房间里的研究人员集体呼出一口气。深海SCINI穿过了冰层底部，进入了下方10米厚的咸水层。一片贫瘠的海底映入眼帘，岩石嶙峋，毫无生气——一片黑暗、寒冷、人类从未见过的海底。工作人员几天前从洞中吊起的水样清澈透明，没有任何明显的生命迹象。北伊利诺伊大学的冰川地质学家罗斯·鲍威尔是这次探险的共同负责人，他在通过卫星电话与我们交谈时，将接地带描述为“非常不适宜居住”，当时样品已经被取回。
机器人的驾驶员贾斯汀·伯内特用手指在触摸板上滑动，引导深海SCINI到达漂浮冰架的底部。ROV的灯光照射出一个黑暗、凹凸不平的冰顶，上面镶嵌着淤泥。这里那里，一粒沙子从天花板上脱落——在光线下闪闪发光，像一颗流星一样落下。有时，这些流星之一的行为很奇怪——它似乎横向冲去。没有人能确定，但在视频中，似乎有什么东西移动了。
伯内特开始引导深海SCINI回到海底，这时视频突然冻结。机器人已经关闭，以避免过热——具有讽刺意味的是，在这种水温为−2摄氏度的水中，只有盐度和上方冰层带来的极端压力才能使其保持液态。佐克通过无线电呼叫外面的绞车操作员，要求他在研究人员重启机器人时将机器人降到海底。
当摄像机重新启动时，冷藏集装箱内有人喊道：“看，看，看。我的天哪！”所有人的目光都转向左边，转向朝下摄像头的监视器。一个优美的形状掠过屏幕——前端到后端呈锥形，像一个感叹号，其半透明的身体呈蓝色、棕色、粉红色。那是一条鱼，和黄油刀一样长。房间里爆发出惊呼声。这支来调查冰川的队伍，竟然在地球上公认最不适宜居住的地方之一发现了复杂的生命。
ROV那天在水下停留了六个小时，遇到了三种不同的鱼——总共有20到30条。类似虾的端足类动物在周围飞舞。工作人员看到了一只栗色的水母和一个在头顶游动的虹彩物体，可能是一种栉水母。“你感觉到它们是一个生活在那里的社群，”鲍威尔事后不久告诉我。“这不仅仅是一个偶然事件。”事实证明，贫瘠的深海蕴藏着大量的生命。
任务的整个范围在瞬间改变了：现在的当务之急是尽可能捕捉到一些动物，以便研究人员稍后可以对其进行分析。在接下来的几天里，佐克在深海SCINI上用一块窗纱制作了一个临时的陷阱，并用鱼肉作为诱饵。当机器人再次被放入海底时，它的摄像头观察了四个小时，数十只端足类动物在陷阱周围爬行，就像垃圾桶上的苍蝇一样。当绞车操作员将其吊起时，陷阱中装有50多只端足类动物。工作人员将这些微小的甲壳类动物冷冻起来，并将它们空运回南极洲的主要美国后勤枢纽麦克默多站，佐克和科学家们准备离开。
在如此丰富的数量中发现复杂的生命，完全是一个震惊。这些发现仍在科学界引起反响，颠覆了长期以来关于地球上生命以及在其他世界寻找生命的可能性的假设。
关于南极洲冰下生命的证据来得很缓慢。气候条件恶劣，探险费用昂贵，特别是如果需要钻穿数百米厚的冰层。由于这些原因，科学家们收集到的少量信息来自靠近开阔水域的冰架前端边缘。
在20世纪60年代，冰川学家偶然发现了一群海豹，它们不知何故生存了下来，尽管它们永久地被困在了麦克默多冰架上，距离冰架边缘25公里——对于它们来说，游回大海太远了。海豹聚集在一个冰架弯曲的深裂缝附近。它们潜入裂缝中，在下面的海水中觅食。生物学家们想知道，在黑暗、荒凉的水域中，海豹到底在吃什么——尤其因为它们看起来甚至比生活在开阔海洋中的海豹还要肥——但科学家们无法找到答案。
1975年，低云迫使约翰·奥利弗的直升机降落在附近冰裂缝旁，一个线索偶然出现了。奥利弗当时是加利福尼亚州拉霍亚斯克里普斯海洋研究所的海洋学家，他和他的搭档决定潜入裂缝中。他们沿着水下冰壁下降，在水下40米处，他们看到了一些奇异的东西：数百只绿色发光的海葵扎根在冰中。他们一年后返回采集了一些海葵，但发现水中充满了冰晶，迫使他们放弃了原定的潜水计划，没有采集甚至拍摄这些动物。他们发现的唯一成果是埋在一篇关于冰川的科学论文深处的一句话。
2003年，当时在东京大学工作的生物学家渡边佑典，在3000公里外的里瑟-拉森冰架附近的薄而季节性的海冰上露营。冬季在冰架前端边缘的水面上形成的海冰，使他能够住在小屋里研究海豹的觅食习惯。他安装在动物身上的仪器显示，它们经常潜入水下150米处；他认为鱼类聚集在那里。但当他将摄像机安装在一只海豹身上时，照片显示，有触手摇曳的动物倒挂在冰架的下方——这是一个很大的惊喜。渡边推断，海豹潜入冰架边缘下方是为了吃挂在那里的东西。
当佐克在2010年受聘带一个ROV帮助工程师在罗斯冰架的库尔曼高地测试热水钻时，几乎没有人意识到奥利弗和渡边获得的惊鸿一瞥，库尔曼高地是距离冰架前端边缘10公里，冰层厚度为250米的地方。该团队融化了一个穿过冰层的洞，佐克将他的机器人放入洞中。当他驾驶机器人在冰层下方行驶时，视频监视器上出现了一些奇怪的东西：触手——幽灵般的——成千上万的海葵的触手，它们通常扎根在海底生活。在这里，它们倒挂着，它们的茎干钻进了冰中。蠕虫居住在其他的冰洞中。虾状的端足类动物和磷虾在水中飞舞。鱼类在四处游荡；其中一条鱼倒着游，它的腹部掠过冰冷的天花板。佐克说，这次意外的目击“非常不合逻辑”。“完全没有预料到会发生这种情况。”
俄亥俄州立大学的海葵专家玛丽梅根·戴利看到第一批照片时惊呆了。“这让我大吃一惊。它们看起来像蝙蝠一样挂在洞穴的天花板上，”她说。“我从来没有想到海葵会生活在那里。”
没有人想象过冰架下方会有一个倒置的生态系统。但科学家们至少可以通过当时的传统观点来合理化它的存在。生物学家们推断，冰层前端下方的复杂生命可以由附近阳光充足的海洋中飘来的海水供养。但生命会迅速在冰架深处衰减——离阳光更远。越来越小的生物会吃掉正在消失的食物残渣，直到没有任何食物残渣剩余，这标志着一个巨大的区域的开始，那里只有微生物居住，一直延伸到面积相当于一个国家的冰架下方数百公里处，并在接地带结束。
接地带与阳光和光合作用的隔离是深刻的。人类以前发现的最贫瘠的海底区域是黑暗的、深渊的海底，位于广阔海洋的中心，水深6000米以下。这些深度的生命依赖于从上方阳光充足的水域过滤下来的死亡浮游生物的残渣。在接地带，上方没有海面。加利福尼亚州莫斯兰丁海洋实验室的南极底栖生态学家斯泰西·金曾预计，该区域将比深渊更加孤立。
2013年，资助了2010年考察的内布拉斯加大学林肯分校的ANDRILL科学办公室聘请佐克建造更先进的ROV——也就是后来的深海SCINI。他用蓝宝石制造了它的摄像机窗口，用数百万个微小的空心玻璃球制造了它的身体，以承受高达1000米的水压，这样它就可以在更厚、更偏远的冰架下进行探索。佐克随后受邀带着深海SCINI参加由鲍威尔领导的探险——这是一项前所未有的努力，旨在钻探到接地带。
53岁的佐克完全不符合科学探险家的形象。他从未高中毕业。在1997年在麦克默多站找到一份维护无线电中继塔和航空导航信标的工作之前，他花了几年时间设计早期的无线电话系统。佐克和伯内特是该大学的机器人技术研究生，他们花了六个月的时间赶制深海SCINI，在林肯的一个闷热的砖制机库里每天工作15个小时。深海SCINI的资金只作为原型，而不是用于真正的探索。当他们于2015年1月2日到达钻探营地时，机器人仍然缺少导航系统和电源管理系统，这使其容易过热。
在深海SCINI在发现鱼类后被吊出洞后，该团队降低了属于鲍威尔的一套海洋学仪器，并将其停放在海底20个小时。在那里，它测量了洋流和盐度——这些数据可能为了解冰川融化的速度提供线索。它还跟踪了水中氧气和其他化学物质的水平——考虑到这一发现，这突然变得至关重要。在此期间，鱼类和端足类动物参观了该仪器的摄像头。
营地的人们在深夜的晚餐中绞尽脑汁，试图理解这些动物。“我们必须问问它们在吃什么，”路易斯安那州立大学的微生物学家布伦特·克里斯特纳说，他研究南极洲微生物已有15年。阳光太遥远了，任何从冰架前端边缘漂回这里的水，都会在多年的缓慢迁移过程中被清理干净食物。
与微生物相比，动物对能量的奢侈需求加剧了这种神秘感。鱼类需要一个多层次的食物金字塔。在最底层，微生物利用来自阳光或化学物质的能量，从水中吸取二氧化碳分子并生长。端足类动物吃微生物并回收它们的碳。鱼类在顶层，吃端足类动物。蒙大拿州立大学的微生物生态学家约翰·普里斯库说，这种碳或能量在食物金字塔中的转移效率低下，他是今年探险的共同负责人。大约需要100公斤的微生物才能支持一公斤的鱼。
神秘感也笼罩着南极洲西部冰盖下隐藏的数百万平方公里的陆地。冰川学家已经在冰层上钻了几个洞，进入了下面的泥土中。泥土中富含2000万至500万年前生活的硅藻的微小外壳——这证明在更温暖的时期，浅海覆盖了该区域。遥感地震测绘显示，古代沉积层厚达数百米，其中含有数十亿吨死亡并沉降到海底的分解海洋生物。
2013年初，与1月份钻探到接地带的同一组科学家钻穿了内陆100公里的冰盖，到达了一个名为惠兰斯湖的冰下水库。（我参加了那次探险。）来自古代海洋层的有机碳占湖泊泥土的0.3%，这是一个惊人的数量，类似于滋养美国沙漠草原的土壤中的含量。该团队还在湖中发现了微生物。在没有阳光和光合作用的情况下，微生物通过利用湖中的氧气“燃烧”来自下方分解层的铵和甲烷等化学物质来获取能量。
接地带的鱼类是否也由类似的来源供养？
当深海SCINI下降到洞中时，就在机器人进入水腔之前，玻璃般的冰壁短暂地变得不透明和棕色。冰层底部20米处堆满了与惠兰斯湖中看到的相同类型的富含碳的碎屑——这种物质在数千年前冰川拖过陆地时冻结在冰川底部。
当深海SCINI探索海洋空腔时，这些沉积物的碎片从冰顶上掉落下来——那些闪闪发光的污垢颗粒像流星一样落下。每天大约有1毫米的冰层底部融化，释放出富含营养的碎屑。普里斯库注意到，在机器人扰乱了那里的墙壁后，从洞底涌出的碎屑云团周围贪婪地聚集着端足类动物。他想知道，将这个地方与阳光隔绝的冰层是否也可能通过提供维持食物金字塔底端微生物的有机碎屑来供养它。他说，鱼“正在从上方获取食物”。“我几乎百分之百确定。”
在普里斯库看来，从陆地流向海洋的冰川在接地带提供了一条缓慢的富含碎屑的冰层传送带，当它接触海水时开始融化，洒出它的碎屑。肮脏的冰层融化得足够快，以至于当它向海上移动40公里时，就会卸下它的全部负荷。加利福尼亚大学圣克鲁兹分校的冰川学家斯瓦韦克·图拉奇克说，这种局部的沉积物雨“可以帮助肥沃海水，这有助于在冰架的最深处创造[一个]适宜居住的区域”，他与鲍威尔和普里斯库共同领导了今年的探险。
这些孤立的栖息地可能很普遍。超过20000公里的接地带隐藏在漂浮的冰层下，环绕着南极洲的海岸线。想象一下从太空俯瞰南极洲，透过冰层看到一条40公里宽的鱼类和其他动物环绕整个海岸线的环——一个广阔、繁荣的生态系统，而不是一个毫无生气的地狱。
冰层下从这个绿洲到开阔水域之间的广阔黑暗海洋也可能至少包含一些动物。1977年，在距离开阔海域475公里的罗斯冰架上钻了一个洞，进入了一个240米深的水柱。一个通过洞口放入的摄像头拍摄了几百张海底照片，其中两张似乎显示了鱼类。还看到了端足类动物。“人们并没有给予太多关注，”金说。但现在，在接地带这种更加孤立的环境中发现了鱼类，旧的观察结果似乎更值得注意了。
这种在冰架下蔓延生命的景象变得更加引人入胜。最近从飞机上拍摄的冰层穿透雷达图像可以绘制冰盖的三维结构，图像显示，从冰层融化的水比海水轻，因为它含盐量较少，从接地带沿着冰架底部以清晰的羽流形式流出数百公里。“你正在谈论一条倒置的河流，”纽约大学的海洋学家大卫·霍兰德说。倒置的河流在冰层中融化出通道，这些通道的宽度可以达到500到3000米，向上延伸到冰层本身200米。如果河流携带了从冰层中融化出来的碎屑，它们可能会沿着这些通道为生物提供食物。
随着生物学家检查佐克捕获的照片和标本，以及2010年在库尔曼高地采集的倒挂海葵（数据在延迟很久后才于2013年发布），人们对地球上偏远生命可能有多么偏远的兴趣只会加深。一个惊人的认识正在浮出水面：这些生活在如此极端地方的物种，出乎意料地平淡无奇。“栖息地非常奇异，”戴利说。“但这些动物真的很普通。”
例如，海葵属于一个世界闻名的科，该科遍布全球。“它们在解剖学上没有什么出乎意料的地方，”戴利说——没有新的腺体或其他器官来解释它们如何在避免冻结的同时钻入冰中。它们可能通过在身体周围浓缩盐分来生存，盐分可以充当防冻剂。戴利确实注意到一种适应性：它们的卵非常肥，因此它们会漂浮到上方的冰顶，而不是沉到下方的海底。
1月份发现的红色虾状端足类动物似乎属于一个世界深海海底常见的科——“贪婪的食腐动物”，渥太华加拿大自然博物馆的海洋生物学家凯瑟琳·康兰说。她说，在南极洲，“如果有一种来自冰层上方碎屑的有机物来源，并刺激了微生物的生长，那么端足类动物就可以从中获取食物。”
蓝色-棕色-粉红色的鱼也在照片中被认出。伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的鱼类学家阿瑟·德弗里斯研究南极洲鱼类已有近50年，他将它们鉴定为南极银鱼，这是南极洲沿海水域周围最丰富的物种之一。具有讽刺意味的是，这种鱼很容易因冻结而死亡。
在奇怪的地方发现如此平凡的生物，这表明了一个深刻的真理：地球上最偏远、未开发的地区可能并不像我们想象的那么极端。“我们总是认为我们很好地掌握了这个星球，”佐治亚理工学院的行星科学家布里特妮·施密特观察到。她说，1月份的发现“告诉我们我们有多么幼稚”。“对我来说，这才是真正的教训所在。”
的确，复杂的生命可能存在于我们一直认为不适宜居住的各种地方。我们经常根据液态水来定义宜居性，无论是在地球上还是在其他行星和卫星上。施密特对此有不同的看法：“我正在寻找地质能源，”例如，板块构造或滑动冰川可以将长期埋藏的碳重新带到可以再次被吃掉的地方。“这些循环可以滋养生命，”她说。
最近的其他发现也支持了这种思维方式。在墨西哥湾海底发现了成群的蠕虫，它们位于甲烷冰（一种在高压下形成的奇异的固体天然气形式）的上涌区域。尽管生活在这样一个奇怪的地方，但蠕虫吃的却是典型的食物：细菌，而细菌反过来又消耗甲烷冰。在地球表面以下三公里的基岩裂缝中涌出的水中发现了不同的蠕虫，它们以基岩中矿物质的微生物为食。一些深层微生物甚至是核动力的，在某种意义上，它们消耗由铀和其他放射性元素的衰变产生的氢。
还有沃斯托克冰下湖，位于南极洲东部，距离1月份的钻探地点内陆1500公里。沃斯托克湖位于3700米厚的冰层下，与空气和阳光隔绝了1500万年。在20世纪90年代，俄罗斯科学家向下钻探，并在没有刺穿湖泊本身的情况下，取回了沿着湖泊水面上边缘冻结的冰。当鲍林格林州立大学的生物学家斯科特·罗杰斯分析了困在冰中的DNA时，备受尊敬的极地生物学家在2013年做出了怀疑和嘲笑的反应。他报告说，发现了可能居住在湖中的水生动物的DNA证据，包括海葵和甲壳类动物。
图拉奇克说，“我认为对罗杰斯的分析保持开放的态度是好的”。尽管沃斯托克湖被埋藏得很深，但它可能含有大量的氧气，这些氧气是古代气泡从上方的冰层中融化出来注入湖中的。
类似的过程可能存在于木卫二——木星的一颗冰冻卫星上，人们认为它在10到20公里厚的冰层下蕴藏着一个内部液态海洋。施密特和其他人发现了木卫二内部强大洋流的证据，这些洋流由木星的引力潮汐和摩擦加热驱动。如果这些洋流使冰层底部变暖和融化，那可能会为类似于惠兰斯冰下湖或接地带发现的生态系统提供燃料。温暖的洋流可能会驱动一种板块构造，其中木卫二表面的冰被回收进入内部海洋，从而带来稳定的氧气和其他化合物流。
在接地带发现动物提出了许多问题。鲍威尔将估算到达这个地方的洋流和热量，这将揭示融化的冰层可以洒出新食物的速度。图拉奇克在冰洞冻结关闭时放入冰洞的一系列仪器将通过监测冰架随每日潮汐发生的倾斜变化来提供关于洋流的进一步信息，并通过卫星链路每周将这些信息传回。普里斯库和克里斯特纳将解剖端足类动物，并对其肠道内容物进行DNA指纹分析，以了解这些动物吃什么。他们还将分析来自水和泥土中微生物的DNA，以确定是什么能量来源为这个食物网提供动力——铵、硫或其他化学物质。
鲍威尔希望带着更大的ROV返回接地带，它可以更深入地探索冰层下方，拍摄视频并测量水中的化学物质。佐克希望捕获一些活鱼和其他动物。但现在，他对深海SCINI的表现感到幸运。“[在南极洲]的经验法则是，任何新的、重大的技术项目在第一年都无法工作，”他在一月份收拾行李时告诉我。深海SCINI的成功“是一个小小的奇迹”。