一片宽广而未知的领域

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被探索得最少的生态系统

在地球表面，超过一半的面积都被所谓的深海沉积物（deep-ocean sediment）生态系统所覆盖，然而它也是被探索得最少的生态系统之一。这片宽广的深海世界为各种生物群落提供了栖息地，而这些生物又为一些基本的生态过程提供着支持，比如为海洋生态系统的健康运作而进行的营养循环，以及为地质时间尺度上调节地球气候而进行的碳固存。

半个多世纪以来，科学家一直在努力试图了解在深海沉积物中蓬勃发展的底栖生物（benthic organism）的多样性和生物地理学。可是由于这片栖息地的广大和它所处的几千米水域下的偏远位置，使得只有很小的一部分被采样。

在过往研究中，科学家主要是通过对大型动物群、巨型动物群进行形态分析来研究深海沉积物，鲜少有研究将目光投向在数量上占优势的微生物和小型动物，因为对于这些动物来说，我们用经典的形态分类学方法很难对其加以识别。幸而，基因组学的发展为填补这些知识空白提供了新的可能。现在，在基因组学的帮助下，科学家已经揭示了深海沉积物中的病毒和原核生物的多样性。

然而，利用基因组学来探索深海沉积物中的真核生物一直都很有限，其中解读深海沉积物中的分子数据时会面临的一个主要挑战是：在读取DNA数据时，如何区分本来就存在于沉积物中的底栖真核生物，和那些后来沉入水体并留在了沉积物中的DNA痕迹。

现在，为了区分深海沉积物中的底栖生物与下沉的浮游生物，一项新的研究通过对从地球表面到深海的沉积物进行DNA测序分析，比较了全球范围内的真核生物DNA数据，他们的结果揭示了深海领域丰富和未知的生命。

大规模的DNA测序

在新的研究中，研究人员对来自所有主要海洋盆地的深海沉积物中的真核生物进行了大规模的DNA测序。从海洋表面到深海底，他们共分析了全球范围内的1685个样本和24.2亿个DNA序列。接着，他们将新获得的数据与现有的全球范围内的浮游生物数据集进行比较，这些用于对比的数据均来自深海的表层沉积物，以及透光的和无光的海洋远洋层。

通过这种比较，研究人员成功地将底栖生物从下沉的浮游生物中分离了出来。结果表明，深海沉积物中的底栖生物的多样性，可能是上方水体中的生物多样性3倍。而且这种生物多样性是由非常不同的生物类群组成的，其中近2/3的生物不属于任何已知群体。这意味着科学家对于海洋生物多样性的了解还存在重大空白。

下沉到深海沉积物中的浮游生物DNA来源于丰富的物种，其中在高纬度地区沉积最多。这些生物群落是由大洋盆地和来自上层海洋的颗粒状有机碳构成的，研究人员从它们的DNA的丰度和组成分析中，推断出极地地区是碳固定的热点区域。

此外，沉积物中浮游生物的DNA特征还预言了生物碳泵强度的变化。所谓生物碳泵指的是一个将大气中的二氧化碳转移到深海中，从而改变全球气候的生态系统过程。新的结果帮助科学家揭示了以前被忽视的可能驱动了生物碳泵的类群。

一张完整的快照

如此庞大的规模为科学家提供了首个从地表到深海沉积物的关于海洋真核生物多样性的完整视角，它极大地扩展了我们对于深海生物多样性及其与水体和全球碳循环之间的联系的能力的理解，使和海洋生态有关的急需解决的问题，首次能够在全球范围内的海洋中得到解答。

这个基因组数据集代表了现代海洋中整个真核生物多样性的一张完整快照。这些数据不仅能解决全球范围内的关于海洋生物多样性、生物地理学和连通性的问题，也可以作为从古DNA档案中重建生物碳泵在过去的功能的基础。接下来，它还将在一个更温暖的海洋中展示其潜力，这对于在气候变化下创建未来的碳循环模型来说至关重要。

新的结果进一步表明，研究深海生物的多样性具有至关重要的意义。海底沉积物中存在大量的未知生物，它们在生态和生物地球化学过程中必定起着重要的作用。如果人类想要更好地理解气候变化，以及想要保护这片广阔的、处于原始状态的生态系统，那么更好地了解这种丰富的多样性是必不可少的。
—选自原理