本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
注：詹姆斯·卡梅隆的国家地理影片《深海挑战3D》记录了他前往马里亚纳海沟最深处的挑战者深渊的旅程，终于上映了——于8月8日在约300家“精选影院”上映。到目前为止，影评人的评价褒贬不一，有些人说这部电影卡梅隆的镜头太多，科学内容太少（尽管卡梅隆本人表示他本希望在影片中看到更多科学内容，但他认为加入更多科学内容会降低影片的商业可行性——尽管考虑到令人失望的首周末票房销售额，但迄今为止，减少科学内容的路线似乎也没有太成功）。
早在2013年4月，在采访了卡梅隆科学团队成员纳塔莉亚·加洛之后，我写了《马里亚纳海沟底部有什么？比你想象的更多》——我在下面重新发布了这篇文章——她回答了我所有关于卡梅隆在马里亚纳海沟和新不列颠海沟（马里亚纳航行的海上试验地点）遇到的生物的问题。我还观看了美国地球物理联合会采访卡梅隆和他科学团队另外两名成员的视频，并利用这些资料和加洛的采访重建了我们现在对最深海域生命形式的了解。虽然你必须观看电影才能看到我下面描述的图像（这些图像在影片上映前都被囤积起来了），但如果《深海挑战3D》让你渴望了解更多关于挑战者深渊生物学的信息，请继续阅读。
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在我小时候喜欢的地图上，最深、最黑暗、最可怕的地方是西太平洋中一道新月形的峡谷。
它被称为马里亚纳海沟，在最最底部是地球表面最低点，挑战者深渊。它的底部深达七英里，令人恐惧。
那里有什么？想象一下很有趣。我不知道，而且似乎不太可能有人很快知道。
1989年，詹姆斯·卡梅隆在制作《深渊》时，也饶有兴致地想象着类似峡谷底部可能存在什么，这部影片想象了加勒比海一个未指明海沟底部存在着很多东西。十一岁的我非常喜欢它。
然后，去年，他亲自回答了这个问题。
在二月和三月，他乘坐一艘纤细的酸橙绿潜艇深海挑战者号，灯光和3D高清摄像机齐开，下潜到了新不列颠海沟和马里亚纳海沟的底部。他还投放了几个基于类似设计的自主着陆器。
当然，他不是第一个观察者。载人深海潜水器的里雅斯特号于1960年触底，此后有几辆遥控潜水器到达那里。但的里雅斯特号无法观察到太多，而且不知何故，似乎很少有关于此后发现的信息公之于众。正如我二月份所写的那样，挑战者号潜水和着陆器的所有镜头都被国家地理保留，直到他们可以发布自己的3D故事片。考虑到他们资助了可能非常昂贵的行动，这完全可以理解。
然而，结果是，在所有这些对挑战者深渊的访问之后，海底的景象对我们其他人来说仍然很大程度上且令人沮丧地笼罩在神秘之中。
当有人提出告诉你地球最深处海底有什么时，你会说“是”
一个月前，我写了一篇关于一位与卡梅隆的数据合作的研究生在新奥尔良的一次不为人知的会议上做的重要报告。她的名字叫纳塔莉亚·加洛，她是加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所生物海洋学专业的一年级研究生。
在她的导师丽莎·莱文的指导下，她花费了至少80个小时，而且人们可以合理地推断出更多的时间，来检查詹姆斯·卡梅隆驾驶潜艇带回来的80个小时的录像，这些录像来自新不列颠海沟——位于巴布亚新几内亚海岸外——和2012年2月和3月的马里亚纳海沟。她正在寻找大型动物——大型动物和其他大型物体——她的工作是识别和计数她能找到的东西。
在我上个月写完之后，我希望有人在新奥尔良报道她的发现（结果证明，没有人），她很客气地联系了我，并主动告诉我她自己的发现。有些日子让这份工作变得很棒。能够向世界上少数几个知道挑战者深渊海底有什么的人之一提出任何我想问的问题的那一天就是其中之一。
然后，在整理她告诉我的内容时，我发现美国地球物理联合会发布了卡梅隆在2012年12月的报告录音，微生物学家道格拉斯·巴特利特、天体生物学家凯文·哈迪和其他人展示了他们的发现。当时它只获得了少量媒体报道。这是一个金矿。大多数图像都被版权保护层隐藏起来。但音频没有。有了这两个信息来源，我将尝试描述这个团队对那里有什么的了解。
你要吃那个吗？
可悲的是，挑战者深渊中没有任何北海巨妖潜伏——至少在显眼的地方没有。但还有其他有趣的东西。加洛识别出的大型生物主要分为三类：巨大的、几乎看不见的和非常奇怪的。
第一类是端足类动物，它们是类似虾的甲壳类动物。它们不是很迷人，但它们非常丰富。哪里有水，哪里就有端足类动物。在挑战者深渊，似乎有几种白色或淡粉色的物种。你可以在AGU视频中看到一些从1:01:52开始出现的。
挑战者深渊端足类动物的特殊之处在于它们的大小。在报告中，巴特利特指出，大多数远洋端足类动物的大小与你拇指的末节大小相当。团队陷阱中捕获的最大尺寸为17厘米。而那些无法捕获的则达到了30厘米。那是一英尺长。
加洛在观看视频回放时也注意到，最初看起来像是埋在沙子里的棍子，并以奇怪的模式精心排列。直到反复观看录像后，她才意识到自己看到的是海参——海参非常巧妙地隐藏起来，甚至卡梅隆在他的潜水过程中都没有看到它们。它们的米色阴影与沙质基质完全匹配。
海参是棘皮动物，如海星，它们专门在世界各地的深海平原上漫游，用它们的摄食器官从沉积物中获取食物。其他的则选择栖息在拦截洋流的位置，并用它们的摄食触手捕捉漂浮物。
挑战者深渊的海参属于第二种。巴特利特说，早在20世纪50年代，苏联拖网渔船就从海沟中打捞出了像它们这样的海参，但苏联的标本较小。
而且苏联的拖网渔船无法观察到它们特殊的底部行为。在同一群体中，海参都指向完全相同的方向，这种策略似乎是为了最大限度地利用到达海底的少量富含营养物质的洋流。
加洛说，海参似乎也静止不动。唯一似乎会移动的东西是它们的摄食器官。
如果生活给了你沙子，那就建造一座沙堡
卡梅隆的摄像机在挑战者深渊观察到的最后一种大型生物可能不是你认为的活物。然而，它们是深渊中最丰富的居民，在每两分钟的胶片样本中达到超过20只的浓度。
加洛将它们描述为“破碎的沙堡”，从原本平坦无奇的平原上突出来。在卡梅隆潜水的前一年，斯克里普斯和国家地理发布了一个投放下潜相机到塞雷纳深渊，马里亚纳海沟的另一部分。由此产生的视频应该能让你对它们的外观有一个模糊的概念。（它还表明，挑战者深渊至少还有另一种大型居民：水母。）
在那些不稳定的、不规则的沙堆内部，生活着一种巨大的、丝状的原生生物，称为有孔虫。
有孔虫——通常称为有孔虫——是类似变形虫的原生生物。大多数有孔虫会伸出丝状、粘性的分支伪足，用它们来捕捉食物。它们通常生长碳酸钙壳（技术上称为“测试”）——通常具有高度的复杂性和美感——通过这些壳，它们伸出上述伪足。它们在世界海洋沉积物中爬行，捕捉猎物，并普遍制造混乱。
在挑战者深渊底部，碳酸钙壳不是一种选择，因为那里的强烈压力——超过海平面压力的1000倍——会溶解这种矿物质。这不是问题。那里的微观有孔虫会制造软壳，可能是蛋白质或其他有机聚合物制成的。日本探测器KAIKO在2005年发现了超过400种生活在挑战者深渊沉积物中的软壳有孔虫。
但还有另一种选择：玻璃。沙粒——通常由二氧化硅制成，二氧化硅是玻璃的主要成分*——可以承受马里亚纳级别的压力。已故硅藻和一些放射虫骨骼的壳也由二氧化硅制成。海洋沉积物有大量的沙粒、脱落的壳和微生物骨骼可以利用。如果你能把这些东西粘合在一起——也许还可以加上你自己的方便的粪便颗粒——你就拥有了制造防压壳的材料。通常，不是真正的“壳”。但无论如何也是一个壳。
而这正是马里亚纳海沟底部的异丝虫所做的。不幸的是，它们的沙壳棚屋虽然防压，但通常不是很坚固，这阻碍了迄今为止的大多数收集尝试。因此，我们对它们的生物学知之甚少。我们确实知道它们遍布世界各地的深海，而且似乎环境越深、越恶劣，它们就越好。
异丝虫通过吞噬作用捕获和吃掉微小颗粒，就像真正的“变形虫”一样。它们在海沟中分布不均匀——有些区域更多，有些区域更少。加洛说，这些巨型原生生物可能正在选址它们的家园——就像海参一样——以最大限度地提取洋流带来的食物。当洋流遇到它们凹凸不平的住所时，水流减速，颗粒物沉降下来。
在沙棚屋内，是由管状细丝组成的分支集合体，它有许多细胞核，没有细胞分隔，这导致一些人将它们描述为地球上最大的“单细胞”生物之一。多头绒泡菌——陆地爬行的细胞质袋，我非常喜欢——也是这个头衔的竞争者。
但根据生物体目录的克里斯托弗·泰勒的说法，认为异丝虫是巨型变形虫或世界上最大的细胞有点误导。如果它们更像一个管状网络，将它们描述为巨型变形虫就不是很准确。只有当你也认为像接合菌纲这样缺乏细胞壁分隔（生物学术语是“合胞体”）的丝状真菌也是巨型细胞时，它们才算是巨型细胞。正如生物学中的许多事物一样，泰勒指出，单细胞和多细胞之间的界限并不像你想象的那么明显。
在我看来，异丝虫似乎正在占据类似于陆地地衣所占据的海洋生态位。也就是说，它们专门占据那些如此恶劣以至于几乎没有竞争对手的栖息地。有趣的是，地衣和异丝虫也都有丝状体，并用化学物质或外来物体保护自己（有些地衣实际上生活在岩石内部，只在繁殖时才弹出），尽管这可能纯属巧合。
加洛估计，挑战者深渊中可能有50-100种异丝虫。
真正的挑战者深渊派对场景是微生物
细菌和古细菌不是加洛研究的重点，但我不得不提及最近的发现，细菌在挑战者深渊的沉积物中大量繁殖——并且在那里发现的数量甚至比周围的深海平原还要多。细菌不是唯一的微生物，我之前提到在那里发现了数百种微观有孔虫。这项研究的作者——南丹麦大学的罗尼·格鲁德等人——推测，峡谷壁充当营养漏斗，将细菌食物集中在海沟中。我不明白为什么这种营养富集似乎没有延伸到食物链的顶端。
卡梅隆团队还发现，马里亚纳海沟中存在细菌，这些细菌模糊了微观和宏观之间的界限。在AGU会议上，天体生物学家凯文·汉德描述了他在塞雷纳深渊（拍摄异丝虫投放下潜相机视频的地方）的陡坡岩块上发现的“一种非常奇异的微生物生态系统”。在那里，其中一个遥控着陆器拍摄到深棕色、蓬松的地毯状细菌垫从海底的岩石上长出来。你可以在AGU报告中看到1:26:55和1:27:12的图像。
这些细菌似乎以岩石和海水之间自发的、常温化学反应的产物为生。这些垫主要由称为反硝化副球菌的细菌组成，它们似乎是该系统中的主要生产者，以海水诱导的岩石蛇纹石化释放的氢气和甲烷为食。垫子中的其他细菌似乎是反硝化副球菌系统涓滴经济的受益者。
以上就是关于挑战者深渊的全部内容。鉴于我们在那里的海底时间可能仍然只有两位数的小时，我确信那里仍然有惊喜等待着我们。但了解这么多仍然非常令人兴奋。
食物如雨
新不列颠海沟——卡梅隆将其作为马里亚纳海沟的试运行——深度为8,200米，仅比挑战者深渊浅2,700米。但那里的生命却截然不同。海沟底部是海参、海葵、水母、栉水母和巨型端足类动物的家园。海沟壁上栖息着数百只白色、细长的柄海葵。
与马里亚纳海沟的海参不同，新不列颠海沟的海参似乎向各个方向爬行，在沉积物中筛选食物，它们在该群落中占据主导地位。摄像机甚至看到了海猪，一种长腿的粉红色海参，长有触手和褶边Liberace式的摄食装置。海猪成群结队地穿越世界各地的深海平原，而且确实像猪。
在新不列颠海沟底部，柱头虫也很丰富。这些奇特的蠕虫对我们具有特殊的意义。你可能知道，棘皮动物——如海星、海参和海猪——是与我们自己的脊索动物类群（具有背神经索的动物）关系最密切的动物类群。
柱头虫幼虫与棘皮动物幼虫非常相似。而成年的柱头虫——仅与脊索动物一起——具有用于呼吸和进食的鳃状咽裂。它们还具有类似于我们自己的空心神经索。因此，柱头虫、棘皮动物和脊索动物似乎都有一个共同的祖先。柱头虫的非正式名称——半索动物——也暗示了这一点。
3.7公里处有些特别之处
虽然这篇文章是关于海沟底部的，但海沟壁也可能很有趣。在新不列颠海沟的半途中，摄像机遇到了一个奇怪的群落，在上方或下方都没有观察到。在海沟的顶部和底部，大型动物生活在沉积物表面。但出于某种原因，在约3.7公里深的地方，大多数动物都生活在沉积物中。加洛说，此前在智利海岸附近的类似深度也观察到了这个群落，因此这个深度似乎有些特别之处。
在这里，沙滩上覆盖着数百个，甚至数千个，各种大小和形状的奇怪圆形图案。加洛将它们描述为“玫瑰花结”或像没有轮辋的辐条轮；卡梅隆称它们为“星爆”。有些是完美的球形。有些向一个方向倾斜。有些重叠。她在2分钟的胶片样本中数了超过100个。但它们是什么呢？
他们没有设法在胶片上捕捉到制造它们的动物。但科学家们从其他海洋环境中了解到，这些奇怪的沙画是称为螠虫的动物的产物。
螠虫属于称为环节动物的动物类群。蚯蚓是该类群中最常见的成员。沙子图案尺寸的差异似乎表明存在各种年龄和物种。
螠虫在基本的环节动物身体结构中添加了一个吻，加洛将其描述为“舌头”。
吻似乎舔舐或梳理沉积物以获取食物，也许当它们的身体舒适地藏在挖掘中心的安全洞穴中时。蠕虫可能有充分的理由保持谨慎。在这里也看到了两英尺半长的蜥蜴鱼——对于这个深度来说很大——它们可能会密切关注螠虫零食。
加洛和我一起试图在网上找到这些来自其他海洋地点的玫瑰花结图像，以便在这里与您分享。我们失败了。“我在这些潜水地点看到的只是成千上万的玫瑰花结，”她说，“甚至连一张图片都没有。” 也许，考虑到我们太阳系卫星和行星的大量图像，这一点值得深思。
他们在两个海沟中都没有看到三叶虫，这些迷人的装甲和方解石晶状体生物在古生代海洋中占据主导地位，长期以来一直被认为是已灭绝的。对不起，布莱恩·斯维特克（也包括我，就此而言）。
两个海沟的故事
加洛和她的团队从她数小时的海沟观察中得出了一些结论。她说，其中之一是生物多样性随着深度的增加而降低。这不足为奇，因为食物也遵循同样的曲线。
该团队最重要的发现是：显然，不存在一个“海沟底部群落”。但为什么这两个海沟的群落如此不同呢？根据科学家迄今为止的了解，这两个海沟的故事是一个关于食物的故事。
新不列颠海沟靠近巴布亚新几内亚，大量来自陆地的垃圾最终会落到那里。加洛在海底看到了棕榈叶、树叶、树枝，甚至椰子。
但一个生态系统的垃圾是另一个生态系统的宝藏，在海沟中更是如此。新不列颠海沟中的许多海葵、软珊瑚和称为海百合（也称为羽星或海百合）的有柄棘皮动物都将落入深海的碎片用作食物来源和活动基地。反过来，它们又将甲壳类动物和鱼类吸引到土堆中。
在遥远的西太平洋，食物要少得多。加洛说，陆地遥远，马里亚纳海沟上方的水域生产力不高。生活在海底的宏观生物必须是依靠残羹剩饭生存的大师。只有少数大型生物可以利用这些条件。但它们确实做到了，而且从它们的丰富程度来看，生活似乎还不错，尽管有讨厌的日本探测器和国家地理探险家。
这一洞察力使进一步探索的前景非常令人兴奋。到目前为止的证据表明，每个海沟都可能具有个性。这表明，由于温度、营养、地质、盐度、化学性质等局部组合，未探索的海沟可能包含我们尚未想象的物种和生态系统。
换句话说，每个未探索的海洋海沟都是一个等待拆开的惊喜包裹。在某个地方，以某种方式，三叶虫——或更奇妙的东西——可能仍在等待闪光灯和香槟酒瓶的砰砰声。我们走吧。
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*4/15/13 澄清：虽然沙子的二氧化硅通常以结晶石英的形式存在，而不是非晶玻璃，正如大卫·布雷桑在原始帖子中的评论中所述。