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中國科學院“全球深淵探索計劃”（GHEP）團隊自主研發了全海深生物地球化學實驗系統（Biogeochemistry Experiment System，簡稱BES），并在雅浦海溝和馬里亞納海溝的深淵帶（深度7869-10903米）成功開展了原位培養實驗。近日，這一研究進展以 “Development of a full-ocean-depth biogeochemistry experiment system and its first application at hadal zone” 為題發表于國際期刊《Deep Sea Research-Part I》，標志著我國在深海原位實驗研究領域邁出了重要一步，為揭示深海深淵生命活動與元素循環過程提供了關鍵技術支撐。

自主研發儀器：全海深生物地球化學實驗系統（BES）

“全球深淵探索計劃”團隊研制的BES是一套能夠在全球最深海域進行原位培養實驗的自動化系統。該系統主要由泵、多通閥、油壓艙、鈦合金電子艙和培養袋等關鍵部件構成，具備以下突出特點：

1. 全海深作業能力：系統經過實驗室模擬測試，可在110Mpa壓力和2°C低溫的極端環境下穩定運行;
2. 原位操作優勢：能夠直接在海底完成海水采集和培養實驗，避免了傳統采樣方式因溫度、壓力等環境變化對樣品活性和完整性的影響;
3. 雙模式設計：支持通過著陸器布放模式與載人潛水器布放模式，適應不同科研需求。

原位實驗的重要性：突破傳統研究局限

傳統深海研究通常采用CTD采水器采集樣品后甲板培養的方法，樣品在回收過程中經歷的壓力劇變和溫度波動會顯著改變微生物活性和地球化學過程速率，導致測量結果存在偏差，BES系統的創新之處在于實現了真正意義上的原位實驗：

• 在海底直接采集水樣并立即開始培養；
• 全程保持深淵環境的原始溫度、壓力和化學條件；
• 最大程度保留了微生物群落的自然狀態和活性；
• 獲得了更接近真實情況的生物地球化學過程速率數據

應用地點：世界最深海域

BES系統在 “探索一號”科考船TS03航次中，成功應用于兩個深淵環境（圖1）：

• 馬里亞納海溝：挑戰者深淵，深度達10900-10903米
• 雅浦海溝：中部區域，深度7869-7884米

圖1. BES搭載“原位實驗號”著陸器開展深淵海底原位培養實驗

這些部署驗證了BES系統在極端深淵環境下的可靠性和操作可行性。通過BES系統的海底布設，研究團隊首次原位測量了海斗深淵帶氨氧化和亞硝酸鹽氧化速率，證實了即使在萬米深淵，仍然存在活躍氮轉化過程。目前改進版BES系統搭載深海載人潛水器已在多個深海深淵環境得到了進一步應用（圖2）。

圖. 2正在海底工作的BES，系統由載人深潛器完成布放

未來展望

BES系統的研發和應用，為我國深淵科學研究提供了強有力的技術平臺。該系統未來還可拓展應用于甲烷氧化等其他生物地球化學過程的原位研究，在冷泉、熱液和缺氧區等特殊深海環境中發揮重要作用。隨著技術進一步優化，BES有望成為揭示深海深淵元素循環與微生物生態耦合關系的重要工具。

文章鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0967063725001840

關于全球深淵探索計劃（GHEP）：

“全球深淵探索計劃”（Global Hadal Exploration Programme, GHEP）是一項為期十年的由中國科學院深海科學與工程研究所發起的聯合國海洋十年科學計劃，致力于探索和認知全球海洋最深區域--深淵，其前身為“全球深淵深潛探索計劃”（Glabal TREnD）。該計劃依托尖端深潛及探測技術裝備對深淵地質、生命與環境開展系統科學研究。了解更多信息，請訪問：http://globaltrend.idsse.ac.cn