一、背景与意义

深海冷泉是美国科学家于1983年首次发现并确定，指海底沉积界面之下以水、碳氢化合物、硫化氢等为主要成分的流体从深海底溢出的现象，冷泉泛指这些现象及伴随的一系列物理、化学、生物作用及其所形成的产物。相较于海底热液(高温)，深海冷泉温度较低(2-4℃)，但两者都呈现出海底极端环境特征。冷泉蕴藏着以甲烷为重要组成成分的天然气资源(包括天然气水合物及非常规天然气资源)，是全球重要的甲烷储库和碳储库，也是了解深海极端环境下生态系统功能与生命演化的重要载体，倍受社会各界和海洋科学家们的广泛关注。

据有关资料记载，全球海洋报道的冷泉900多处，我国目前共发现8处，其中南海7处，主要分布在海洋陆架边缘区。冷泉生态系统不同于我们所熟知的陆地、近海和大洋上表层生态系统，以太阳作为能量来源，而是以碳氢化合物和硫化氢作为能量来源。由于深海冷泉具有高压、黑暗、低温、化能合成的基本特征，存在以化能自养微生物为初级生产者的食物链，衍生出群落结构独特的冷泉生态系统，形成了“深海沙漠的绿洲”，拓展了深海极端环境下生命的潜在界限。特殊的环境和生产过程，造就了深海冷泉独特的生态系统结构-化能生态系统。化能合成生态系统为地球上最古老的生态系统之一，对探索生命起源和极端环境下生物适应机制具有重要意义。

深海冷泉生态系统以冷泉区甲烷为生源要素，通过化能合成作用形成了深海生物固碳的关键系统，在全球碳循环及其生态效应中扮演着重要角色。近年来，随着深海科考能力的持续提升，给深海冷泉生态系统及其生物地球化学过程的研究提供了难得的机遇，但有关深海冷泉生态系统在黑暗、高压环境下的生命过程与物质循环等方面的研究起步较晚，目前对其了解甚少。因此，在中国科学院老科协和中国老科协支持下，中国科学院南海海洋研究所及其老科协在广州举办了这次高端学术沙龙，围绕深海冷泉生态系统与生命过程这一国际关注度极高的全新海洋生命科学领域前沿方向和重大科学问题，开展学术交流和深入研讨，从而提出未来深海冷泉研究的关键领域和重点方向建议，以利推进深海冷泉生态系统功能与生命演化等重大科学问题的深入探索，加快制订我国未来深海战略资源利用愿景。

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二、沙龙活动过程

2024年9月10-12日，以“深海冷泉生态系统与生命过程”为主题的高端学术沙龙在广州成功举办。此次高端学术沙龙是由中国科学院老科学技术工作者协会、中国科学院重大科技任务局、中国科学院广州分院主办，中国科学院南海海洋研究所及其老科学技术工作者协会承办，得到中国老科学技术工作者协会、中国老科协创新发展研究中心的支持。参加高端学术沙龙活动的有来自中国科学院相关部门和涉海科研单位，以及自然资源部、农业农村部、高校系统和广东省政府有关部门等55家单位共230多人。

9月11日上午举行开幕式，高端学术沙龙项目总负责人、中国科学院南海海洋研究所老科协会长黄良民研究员主持。中国科学院南海海洋研究所所长李超伦、中国科学院离退休干部工作局副局长龚立武、中国科学院广州分院纪检组组长孙秀锦和广东省人大常委、环资委副主任李志琴分别致辞。讲稿见【附件1、2、3、4】。孙建国、何远光、郭俊、李铁刚、林强、李小森、吴园涛、吕雪照等领导和嘉宾出席高端学术沙龙活动。

主旨报告环节由苏纪兰院士主持，张偲院士作“冷泉生态系统研究装置”主旨报告，系统地讲解了当前正在建设中的国家重大科技基础设施—冷泉生态系统研究装置的研究目标和建设进展。领域知名专家学者吴能友、冯东、李超伦、钱培元、邵宗泽、王春生等分别作了邀请报告；并与李铁刚、杨胜雄、陈多福等专家通过座席讨论和会场自由发言，围绕“深海冷泉环境特征及生态效应”、“深海冷泉化能生态系统与生命演化”、“深海冷泉战略资源利用与生态保护”三大议题展开深入研讨，交流当前冷泉生态系统在生态、地质、能源、地化等方面的最新科研进展及存在的问题，展望冷泉生态系统科学研究的未来发展前景，谋划下一步深海科研探索方向，及其战略资源利用与生态保护策略等。苏纪兰、包振民等院士专家分段主持报告会并进行点评；与会专家各抒己见，尤其对深海冷泉区C-S-金属循环、甲烷“二源三汇”过程、宏生物来源及环境适应、共生菌与宿主互作机制、化能合成-生物固碳过程以及生命演化规律等核心科学问题，以及冷泉资源利用愿景与国家战略需求等方面引起高度关注，大家进行了深入交流和研讨，集思广益，现场讨论气氛十分热烈，提出了许多宝贵意见和建议，收到很好效果。

9月12日，高端沙龙圆满结束。黄良民主持闭幕式。中国老科协副会长和中国科学院老科协理事长孙建国作总结发言【附件5】。中国老科协高度关注和重视本次高端学术沙龙，专门印发了这次高端学术沙龙院士、专家建议，李学勇会长作出重要批示，并报送国家有关部门。

本次高端学术沙龙活动过程情况：

（一）开幕式

主持人黄良民：在中国科学院老科协、离退休干部工作局、重大科技任务局、广州分院和中国老科协的大力支持下，“深海冷泉生态系统与生命过程”高端学术沙龙今天隆重开幕了，让我们聚焦深海前沿的科学问题，为海洋创新驱动高质量发展，推进海洋强国建设，共商对策，这是一次难得的机会。

正如大家所知，深海冷泉是1983年在墨西哥湾首次被发现并确定，是迄今为止所探索的地质多样性最强的还原环境之一，它具有高压、黑暗、低温、化能合成的基本特征，其独特的化能合成生态系统是地球上最古老的生态系统之一，对探索生命起源和极端环境下的生物适应机制具有重要意义。

今天举办这个高端学术沙龙，目的是为了进一步推动深海冷泉生态系统与生命演化研究，提出其重点关注的关键科学问题、国家战略需求和未来发展方向的建议及对策。

本次活动将分三个单元进行，首先由张偲院士作主旨报告，然后，围绕深海冷泉环境特征及生态效应、化能生态系统与生命演化、战略资源利用与生态保护3个重点议题，分别由领域知名专家作主题报告，并进行座席讨论和自由发言，期待着大家的真知灼见。

开幕式上领导致辞，专家和嘉宾出席会议（名单附后）。

（二）报告和讨论

1.主旨报告：《冷泉生态系统研究装置》-张偲

主持人：苏纪兰

各位领导、专家，年轻的科技工作者们，我很荣幸作为今天主旨报告的主持人，下面请中国工程院院士张偲作主旨报告，张偲院士，大家都很熟悉了。

张偲院士原来是南海海洋所的所长，现为南方海洋科学与工程实验室（广州）主任，曾获国家最高表彰“南海环境变化模范集体”首席科学家、首届全国创新争先奖、国家技术发明奖、国家科技进步奖等多项奖励和荣誉，在热带海洋生态保护和生物资源利用的工程化研究方面颇有建树。他最近的工作主要在冷泉生态系统装置方面，我也就不再多讲了，请大家掌声欢迎张偲院士作报告。

张偲作主旨报告《冷泉生态系统研究装置》【附件6】：冷泉生态系统研究装置是研究冷泉环境本底、揭示生态规律并预测未来趋势的重要工具。该报告简要介绍了冷泉生态系统研究装置的结构与功能，明确其科学与工程目标以及核心科学问题，并深入分析了多个关键技术的突破。这些技术涵盖了海底实验室核心设备、平台综合系统、取样观测系统、保真模拟系统、冷泉发育与演化模拟系统、可燃冰成藏与开采模拟系统、温度与压力控制系统，以及集成监控与安全防护系统等领域。这些技术的突破将推动装置的顺利完成，为冷泉生态系统的研究提供有力支持。最后播放整个装置集成过程的视频。

摘要：冷泉生态系统研究装置是研究冷泉环境本底、揭示生态规律并预测未来趋势的重要工具。本报告简要介绍了该装置的结构与功能，明确其科学与工程目标以及核心科学问题，并深入分析了多个关键技术的突破。这些技术涵盖了海底实验室核心设备、平台综合系统、取样观测系统、保真模拟系统、冷泉发育与演化模拟系统、可燃冰成藏与开采模拟系统、温度与压力控制系统，以及集成监控与安全防护系统等领域。这些技术的突破将推动装置的顺利完成，为冷泉生态系统的研究提供有力支持。

冷泉生态系统研究装置，是国家“十四五”的重大科技基础设施，主要结构分为三部分：最重要的是中间的海底实验室，同时在陆地上有一个保真模拟分总体，此外还有保障支撑分总体。中间的海底实验室是五个钛合金球串联的耐高压壳体，总长约33.8米，型宽约8.4米，型高约7.4米，可以在2000米的深海连续工作30天，最大载员6人，包括3个机组人员和3个科学家。它主要的功能是梯度压力实验，进行原位原压梯度压力实验，将2000米水深分成20Mpa、15Mpa、10Mpa、5Mpa、0Mpa，分层次、分压开展化能合成的实验。

一、冷泉生态系统研究装置的主要结构

海底实验室的所有设备都已经通过论证，主要为国产。这也是现在国家大科学装置所要求的，95%以上都要国产化。只有部分传感器是进口的，绝大多数、90%以上都是国产设备。海底实验室分总体包括5个球形耐压壳体，总长约33.8米，型宽约8.4米，型高约7.4米；由平台总体、平台结构、平台综合系统、观测取样系统、科学实验研究系统等5个系统组成（图1）；具备现场操控无人移动探测作业平台、载人移动观察平台、梯度压力实验设备和原位实验仪器等模块协同观测与作业等功能。在冷泉生态样地进行长周期、连续观测，高保真取样、富集培养、原位原压实验、梯度压力实验研究

第二个分总体是陆地上的保真模拟分总体（图2），吴能友主任就很熟悉了，我们就比他们的大一些。现在保真模拟的小装置非常多，李小森所长那里都有配。相当于水深2000米、20Mpa。分为两部分，一是冷泉生态系统生物培养装置，容量是150立方米，温度为3到15度。另外一个是可燃冰舱，可燃冰舱压强相当于2000米的深度，体积小一点，25立方米。但是也比现在的模拟装置大15倍，可以进行可燃冰成藏、分解、开采模拟等等。对它的这些设备也做了充分的论证，主要是国产化。

图1 海底实验室分总体

图2. 冷泉装置的结构(左-保真模拟分总体，中-海底实验室分总体，右-保障支撑分总体)

第三个分总体是保障支撑分总体，分为两部分：一部分是保障母船，该保障母船较大，是目前最大的科研装置，有9380吨。主要的功能是后甲板有一个升降机，这个升降机就是大科学装置海底实验室的收放系统，它把海底实验室运到目标海域以后，把它放下去，做完实验再把它收回来，这是收放系统的第一个功能。第二个功能是在15天左右会向海底实验室充一次电，因为海底实验室是自带电池的。大概是这两个功能，还有就是警戒系统。

另外一部分是研发与智慧管理中心，主要是数据管理、数据共享，要给崂山实验室交备份等，这都是国家的要求，与吴能友主任那边共建。这个保障支持、分总体的设备主要是国产，这部分设备进口稍稍多一点，但总体来说还是达到国家对国产设备的要求。

二、冷泉生态系统研究装置的主要功能

冷泉是世界上普遍存在的，从几百米到国际上已公认的3700多米深度都有发现，甚至我们发现的四五千米都有冷泉。我认为这还不够，冷泉是广泛存在的，因为冷泉首先是甲烷的来源，是地壳下面往地球表面输送甲烷。只要有地壳的地方，有地壳裂缝、间隙的地方就会有地壳下的甲烷渗漏，就有冷泉，所以我认为冷泉是不分海底深度的，一万多米的深海底下也会有。但是现在还没有找到，所以我们的科学目标就是要聚焦深海冷泉系统的化能合成作用，掌握深海底甲烷“源-汇”规律，以期解决冷泉生态系统演变过程、发育动力机制以及极端生命演化等前沿科学问题，助力掌握深海烃类能源开采前、开采过程和开采后环境变化及其效应。

从生态学定义来说，可燃冰是海底甲烷的固化过程，是甲烷固态的结果。工程目标就是建成深海载人驻守型海底实验室与陆基保真模拟设施高度融合的大科学装置，其主要的功能是样地原位与梯度压力长周期实验研究、提供陆基保真模拟设施，以及依托水面保障母船进行支持。

核心科学问题，我们要解决的是深海冷泉生态系统微生物化能合成的生物固碳（固定甲烷）机制，包括冷泉发育动力学机制、极端生命演化过程与环境适应机制、生态固碳（甲烷）的贡献率，高压和富甲烷深海环境中的生命策略，冷泉生态系统元素循环和能量转换的动态过程，特别是深海底甲烷的物态演变过程及其“源-汇”机制。

冷泉是由海底可燃冰分解甲烷的溢出，我们聚焦的是可燃冰，但实际上它就是海底地壳下面出来的甲烷，溢出会形成的海底流体系统，这个流体系统就是冷泉系统，这里面跟可燃冰息息相关，它对可燃冰来说是一种清洁能源，清洁能源的开发是国家的重大战略。

我们国家也提到在2030年要实现可燃冰的商业化开采，刚才也说到可燃冰的开采，开采前、开采中、开采后的环境变化。因为可燃冰的开采主要是中国地调局的事，我们这边是广州海洋地调局的事情，他们有开采技术。对它的开采，他们认为，我们也同意他们的观点，其开采过程对甲烷的渗漏是安全的，但它所谓的安全是对开采本身的工程是安全的，对它周边的生态环境影响，他们是不予关注的。所以我们做的跟他们不一样，我们关注可燃冰开采过程对周边环境甲烷“源—汇”的影响。

我们也知道冷泉甲烷渗漏出来以后，有环境的微生物进行化能合成作用，也就是在黑暗世界里利用甲烷，把甲烷作为生源要素、生源物质通过化能合成制造食物，驱动了深海生态系统的能量流动，所以它是一个深海的绿洲。同时，微生物对甲烷起到了固定作用。所以，我们认为冷泉生态系统是深海生物固碳功能的关键系统，生物化能合成的效率非常高。研究表明，它的效率达到了5%到15%，比陆上的可见光，就是光合作用还要高，光合作用一般认为最高的是10%，而化能合成作用最高达到15%。

跟光合作用比，一百年之间对光合作用相关的研究取得了20项诺贝尔奖，说明光合作用很重要，光合作用也是出成果的一个方向，一百年出了20项诺贝尔奖，平均五年出一个。但是海底的化能合成作用刚开始，所以我们认为通过这个装置，希望大家，或者全世界的力量来做这个工作，能够与光合作用一样地产出原创性的、富有成效的、显示度高的成果。

大家也知道，甲烷是从海底地壳里冒出来的，它是全球最大的甲烷储库，在全球碳循环中扮演着重要的角色；它有两个来源，一个是从地壳里冒出来的深部热成因，还有生物成因，即“二源”。它还有“三汇”，生物固定化能合成，把甲烷转化成食物，就是生物固定；生物固定形成了生态系统以后，吸引了大量的动物来聚集，这些动物死亡以后，它的实体就会转化成碳酸盐岩，碳酸盐岩我们叫化学固定；同时在深海高压低温的情况下，海底的甲烷直接转化成可燃冰，我们叫它为物理固定。所以三个固定就是三个汇，“二源”“三汇”平时是平衡的，特别是千米下，它的微生物可以固定甲烷90%以上，再加上可燃冰的物理过程、物理固定，所以它基本上平衡的。

在人类活动很剧烈的情况下，扰动了它的平衡，它就会逃逸、渗漏到海水中，造成海水酸化，逃逸到大气中，增加了大气中的温室气体，它的温室气体效应比二氧化碳会高得多，大概是二氧化碳的26到28倍，这是非常要命的一个温室气体，大规模的海底甲烷渗漏会导致全球性的生态灾害。

在过去几次的生物大灭绝中，研究表明主要是由于海底海湾的渗漏造成的，我们认为认知海底甲烷“二源”“三汇”的演变过程，掌握微生物的化能合成固碳规律，极其必要。所以，我们这个装置对海底甲烷“二源”“三汇”的研究是非常有必要的。

根据学科发展的趋势，要求我们第一个是要原地实验，到海底去进行样地的原地原位实验，原位观测，同时做保真模拟，只有保真模拟不断地实验，因为到了海底做实验还是比较困难的，费用也比较高，我们要得到规律性的认识就必须反复地多次重复实验，重复的实验就要在陆地上进行保真模拟，这样的话，我们就要求有一套“原位+模拟”的装置来进行这项研究，所以我们这个装置做海底实验室，陆地的保真模拟是必不可少的，缺一不可的。

这个装置的功能主要有几部分，刚才也说到，主要功能是做微生物化能的合成实验，主要是梯度压力实验室，梯度压力实验室就是刚才说到的五个大球，前面还有一个小球，这个小球就是梯度压力实验室，梯度压力实验室一个是它可以加压，还可以减压，在2000米海底里面保压，保20Mpa，还要不断地减梯度15Mpa、10Mpa、5Mpa等，这样的话就可以做梯度压力实验，这是我们这套装置最重要的部位，这个装置自带的实验室，是我们最大的特色。

第二个是我们要取样，在五个大球前面那个小球里面，它有梯度压力实验室，也有干湿转换实验室，把样品取了以后要进行处理，要保藏。

舱内实验室系统也是自带的，因为国家提出我们不能仅仅做一个生态装备，还要对资源的开发有一些帮助，所以我们的海底实验室里面加了地质实验室，地质实验室就是做可燃冰沉积层的探测实验，过去我们两个是生活球，两个实验室，一个是动力实验室；两个实验室分别是生物实验室、地质实验室，地质实验室也是非常关键的。

分总体是装置的保真模拟分系统，刚才说的是两部分，第一是可燃冰，这部分是生态系统模拟实验，这个实验比较大，150个立方米，可以模拟海底的状态，尽最大的可能保真模拟。

再则是可燃冰成藏开采实验室，也是最大可能的、放大尺度的，在小森所长1：15的基础上再加大，这个工作现在也是小森所长他们在负责，用现在大家的语言就是让专业的人干专业的活，所以我们希望小森所长要把这个活干好。

前面是主要的结构和研究的功能，这套装置从策划到现在已经八年了，八年来，我们攻破了很多的关键技术，刚才说到了，比如保真模拟，从小的模拟、中的模拟到1：15的模拟都做了。海底实验室从小球做到大球，我们的技术不断地取到突破，在这个突破的过程中得到了广东省、广州市的支持。

三、关键突破

冷泉生态系统研究装置的主要突破有几方面，第一是安全问题，因为有六个人下去，安全是最重要的，最重要的是耐压，所以我们选了最新型的钛合金，因为厚度等有保障，材料也有保障。现在国务院预算审核要扣钱，但这部分就没有扣，因为它涉及到生命安全，可见它的重要性。我们做1:4的缩比，还做1:1，底下这个球就是1:1的，上面的是1:4的串联，这个现在也是五个球要做起来，已经做了两个球，要做五个球串起来，压力实验还没地方做，现在只能拉到海上去做，耐压实验室很重要，耐压结构也很重要。

刚才说到我们这个装置的主要功能是梯度压力实验系统，就是小的第六个球，这里包括它的梯度控制、梯度转换、自动启闭功能、舱门盖、常压平衡阀等，这是我们独有的技术和独有的特色部分，我们进行了攻关。

因为人在底下，其他的都是跟现在的太空船空间实验室是一样的，有环控生保，包括消防救生，我们在消防救生方面也有特色。第一个是我们是外开门，在海底压力下关门较简单，开门则很难。第二是关回来的话海底有泥沙，泥沙怎么防护，这也是有特色的，这方面世界上的例子是俄罗斯的千米战略潜艇，它是一千米进出门、打开门、关上门是很自由的。但是他们那里有一个好处是没有泥沙，而我们在海底就会有泥沙和羽状流。他们在一千米左右没有羽状流，我们比他们要困难些；同时还有各类保障系统，包括液压系统、潜浮系统、综合电力分系统，以及信息与控制分系统、海底定位、观通导航等等，这些都需要跟上。

载人移动观察平台，是我们在海底做实验是，需要用到的平台。这个实验室还有走出去的观测平台，是在3公里内；人要从海底实验室走出来，这也是我们一个小小的特色，也进行了攻关。

在保真模拟分系统里，冷泉生态系统这个舱也是第一次做的，左边的可燃冰舱开采有些经验，但是生态系统是第一次做，第一个是要把生物给养活，包括大生物，大生物在青岛，在海洋所那里养活一些，但没那么大。

这里面还要有海水环境调节、水气处理模块，这里面需要不断补充甲烷气体，舱里面压力会越来越大，假如你不排气就会有爆炸的可能，怎么排气？主要问题是气排出来，水不出来，气出来对生命不造成影响，这也是比较难的；其他的包括照明系统、摄像系统、沉积物的模拟系统、生态环境的观测系统，这些稍微简单一些。

另外是可燃冰模块，这个小装置里面，吴能友主任、李小森所长他们做了很多，如何做好，也是一个不小的挑战。他们既希望做大，但是又怕做大，希望做大了才能跟自然环境一样，很好地模拟，但是难度也增大，包括它的各种压力释放等等，还有尽可能的接近自然，这是需要他们充分考虑的，他们初步做出了一些方案，这些方案都已经通过论证了。

参考文献（略）

苏纪兰：谢谢张偲院士的精彩报告。看了这个以后，希望年青的科学工作者能参与这项工作，刚才张偲院士也讲了，你们有可能拿到诺贝尔奖，不要太小看这些东西。最近我上网看了一个新冠疫苗的问题，mRNA，一个匈牙利女科学家在美国做这个研究，你们可能也看过，她博士后也看不到前景，最后学校把她解雇、降薪等等，但她最终拿到诺贝尔奖了。张偲院士说的是事实，只是做光合作用都可以拿到诺贝尔奖，冷泉的天然气水合物是未来新能源，深入研究得诺贝尔奖是有可能的。非常精彩的报告。下面有时间，可以提问一两个问题。

会场提问和讨论

林强：张院士，听了您的报告以后特别振奋，大装置平台落地，作为我们期盼已久的平台终于看到了希望，后续马上有许多工作要做。

我的问题是您一直在讲“源和汇”的问题，我也是第一次听到，包括“二源”“三汇”的问题，实际上我特别关注的是在这样一个特殊的生境里，作为生物“源和汇”的一个重要的扮演者或者功能，我觉得化能生物和光能生物应该差别很大，陆上的植被可能是“源和汇”比较容易区分，但是在深海冷泉这样一个生境下，我不知道怎么去理解这个事？请给我们科普一下。

张偲：主要是我刚才没有讲清楚“源和汇”，源是“二源”，这没有问题了吧，地壳下面冒出来的，热成因，甲烷制造菌放出来甲烷。“三汇”一个是生物固碳、生物固定甲烷，这个你要问钱教授，他昨天上午的报告就说了微生物海底里面可以固定90%的甲烷，我看比90%还要多，这是第一个。它把甲烷转化成甲醛、转化成有机物，驱动了它的能流，生物生态系统就出来了，这是第一个，就是生物固定甲烷。

生物固定甲烷以后，它有了生态系统，动物就来了，动物死了，转化成碳酸盐岩，也是化学固定，在生物固定里面，我们看到贝类―贻贝固碳成效更大，第一个是它可以永久固碳，现在经常说生命在于运动，也有人说生命在于睡觉，像乌龟不动，生命就很长，海底的贝类运动量很小，它的生命很长，它命长，碳就永远在它的贝壳上，特别是它的软体部，软体部的固碳能力比贝壳要大得多，所以它是永久性固碳、固定甲烷，生物固碳的量是很大的，第二个是化学固碳。第三个是它直接转化成可燃冰了，就是“三汇”。

“二源”“三汇”，过去有人认为在千米以下是平衡的，我们认为现在千米以下不平衡，不平衡主要是因为人类扰动，如广海局天天在那里试采，当然这也是我们必需的。我们想做的是通过研究，探讨它的生物固碳机制以后，可以在海底做人工花园，就像在工厂里面做绿化带一样，让生物带把这些甲烷给吸收起来。      

苏纪兰：你刚才讲到安全问题，像地调局和自然资源部他们主要是操作方面的安全，你的安全主要是“三汇”的问题，让它不要放出去。可是开发这么一个地方，从安全来讲，除了涉及到本身的生态系统以外，还要跟外面大的生态系统关联，并不是只考虑冷泉这么一个地方；海洋的开发往往是要保护另外一个物种，保护生物的生活史，我这个话是什么含义呢？作为冷泉，它也可能是其他生物生活史里很关键的地方，假如你把这个地方破坏掉了，它的生活史就不能完成；你的研究，除了关注自身的生态系统以外，跟别的生态系统有什么关系也应该去探索，看看它是什么重要生物的主要栖息地。

张偲：苏院士的经验很丰富，给我们提到了点子上，确实是这样，中国地调局是工程性的，技术上是安全的，他的开采过程，通过加热以后，可燃冰变成可溶性的甲烷之后到了它的管道，是安全的，这是工程安全。

原来发改委不太清楚这个问题，我后来给他们打了个比方，就是中国地调局做的事就像基建盖楼的工程队一样，盖的楼房、地基等等都是没有问题的，但是我们经常看到的报道是盖这栋楼，旁边的楼倒了，旁边的楼他是不管的，因为他只管工程本身，所以苏院士提到点子上了，对周围环境影响怎么样，对它的关键生物是否有影响，有怎样的影响，这些我们都在争取经费去做，中科院也安排了经费，安排了第一笔经费在林强手里，他13日要论证，就是冷泉生态系统的协同性、连通性、协同发育、协同演化、生物互相影响等等，他们在做研究。另外一个是更大的范围，全世界的范围是钱培元教授在引领一个海洋十年的联合国的国际大科学计划，他也在做这个事，所以他们都想到了，他们想的比我想的好。    

苏纪兰：谢谢！最后假定给国家建议的话，第一是这个项目，你刚才讲过了，跟太空一样的很重要，所以国家应极力保障你的经费需求。第二是希望政府批准，就是这两个建议，可能还有别的建议，今后再提，我们再以热烈掌声感谢张院士的报告。

2.议题一：深海冷泉环境特征及生态效应

重点讨论深海冷泉形成规律与冷泉环境中关键物质(H2S，CH4等)的变化特征及其生态效应，冷泉系统多重元素耦合的生物地球化学循环过程对冷泉生态系统演化的作用机制。

主持人：钱培元、林强

邀请报告：1.《冲绳海槽冷泉关键物质循环及其环境效应》（吴能友）；2.《深海冷泉系统生命过程的地球化学印迹》（冯东）

座席讨论专家：李铁刚，杨胜雄，陈多福，王淑红

自由发言：与会专家、代表

主持人：钱培元

大家早上好！下面我们进入今天这个学术沙龙的第一个议题：深海冷泉环境特征及生态效应。这个环节由我和林强所长来主持，我们这个环节主要是要讨论深海冷泉系统形成规律与冷泉环境中关键物质（H2S，CH4等）的组成、变化特征及生态效应，冷泉系统多重元素耦合的生物地球化学循环过程对冷泉生态系统演化的作用机制，以及变化对生态系统的影响，我们有幸邀请到今天的第一位演讲嘉宾，吴能友所长。

吴能友教授现在是崂山国家实验室海洋大科学装置开发部的部长，青岛海洋地质研究所原所长，国家天然气水合物开发工程中心的主任，吴教授是研究天然气水合物或者冷泉形成的机制，目前更侧重于天然气水合物的开发方面的工作，其他的我就不多讲了，请大家一起掌声欢迎吴能友教授作报告。

吴能友作邀请报告《冲绳海槽冷泉关键物质循环及其环境效应》

各位领导、专家，上午好！首先祝贺南海海洋研究所成立65周年，其次要感谢黄良民书记给我这次机会，在这里给大家汇报一下我的工作，实际上这是命题作文，这个题目是他已经出好的，我只是加了四个字“冲绳海槽”。海底冷泉系统是地球多圈层能量交换和物质循环的重要途径之一。东海冲绳海槽是典型的弧后盆地，存在冷泉和热液共生现象，其冷泉具有独特的特征，是研究冷泉-热液相互作用的天然实验室。该报告介绍东海冲绳海槽冷泉-热液系统构造发育特征及控制机制、关键生物地球化学反应对冷泉流体泄漏和物质循环过程的调控机制及其环境效应，建议未来聚焦冷泉系统碳循环，重点围绕碳的来源及规模、碳的循环和控制、碳汇比例及组成等关键科学问题开展系统研究，为深海冷泉生态系统与生命过程研究提供依据。

摘要：海底冷泉系统是地球多圈层能量交换和物质循环的重要途径之一。东海冲绳海槽是典型的弧后盆地，存在冷泉和热液共生现象，其冷泉具有独特的特征，是研究冷泉-热液相互作用的天然实验室。本报告介绍了东海冲绳海槽冷泉-热液系统构造发育特征及控制机制、关键生物地球化学反应对冷泉流体泄漏和物质循环过程的调控机制及其环境效应，建议未来聚焦冷泉系统碳循环，重点围绕碳的来源及规模、碳的循环和控制、碳汇比例及组成等关键科学问题开展系统研究，为揭示深海冷泉生态系统特征与生命过程提供依据。

大家都知道，刚才张偲院士也提到,冷泉是地球上岩石圈与生物圈、水圈、大气圈之间进行能量交换和物质循环的重要途径，除了冷泉以外，深海的极端环境还有另外一个系统就是热液，大家都清楚热液分布在洋中脊区域里，而冷泉可以分布在全球海洋里的任何环境，被动大陆边缘、活动大陆边缘、转换断层等等，包括俯冲的海沟也有冷泉，但气体来源不一样。

为什么把冷泉和热液放到一起来提？这就是我的理由，我们把所有的冷泉点都投在这个地图上，同时又把天然气水合物稳定带，有水合物可能就有冷泉，把这些投到一起的时候，就可以发现有很多区既有冷泉，又有热液（图1），所以这个冷泉和热液在同一个构造单元或者在非常局部的环境里共存的现象，不是个别的现象，而是全球海洋的现象。

图1 冷泉和热液示意图

大家把目光聚焦在图2，这个地方是冲绳海槽，大家都非常清楚，冲绳海槽是菲律宾板块向欧亚大陆俯冲产生的一个弧后盆地，跟琉球海沟、琉球湖形成一个典型的沟弧盆地，既然是弧后盆地，肯定就有热液活动区，所以以前大家更多地了解冲绳海槽具有热液，但是实际上，我们通过调查，在A、B、C、D这些区域里，冲绳海槽的西侧陆坡有大量的冷泉，并且最近的冷泉D2-5跟南奄西热液之间只有50公里，这么近的距离，两者之间会不会有相互作用或者相互影响？从2015年开始，我们在地调项目的基础上，也有一个基金委的西太重大研究计划的重点项目和崂山实验室的重大科技项目，专门研究冲绳海槽的冷泉，做了一系列的工作。到目前为止已经组织了10多个航次，发现了240多个冷泉，通过ROV已经探测的真的冷泉8个，还有2个热液区（图3），积累了大量的资料。

图2 冲绳海槽构造背景及其冷泉、热液分布区

图3 冲绳海槽的典型冷泉和热液喷口

这是包括浅剖、侧扫声呐、多波束、微地形，包括ROV拍摄的照片（图4），大家可以看到冷泉活动非常强烈。   

图4 冲绳海槽ROV拍摄的冷泉活动状况

这是一个视频，大家可以看到活的双壳类，拍到的视频是在冷泉区覆盖的区域非常密集，也看到了冷泉冒上来的气泡，但这些双壳类都已经死亡了，这个区域实际上是冷泉活动较弱的区域（图5）。在这个冷泉区我们收集了流体现场合成水合物，用深海的激光拉曼来探测它的谱，发现这是典型的1型甲烷水合物，而在这个热液区收集流体也用深海原位的激光拉曼带下去探测，用来分析测试它的气体组分、流体的组分，也采集了很多样品，各种各样的沉积物样本和孔隙水，包括冷泉碳酸盐、双壳类、冷泉碳酸盐。

图5冷泉活动减弱区域

根据这些资料和样品进行了研究，以下将在介绍冲绳海槽冷泉发育机制的基础上，重点谈一下关键物质循环和环境效应，最后提出几点科学问题和研究方向的建议。

一、冷泉发育机制研究

我们研究了冷泉—热液系统构造发育的特征和控制机理，发现冲绳海槽弧后拉张作用产生的断裂是控制冷泉、热液活动的一个非常重要的因素，我们在D2—5冷泉到南奄西热液这个地方做了一条断面，50多公里长，既有地震的资料，也有浅剖、多波束等资料，也在这里密集地采集了沉积物样品，这是其中一个浅地层的剖面，大家可见冷泉区、热液区更多的是以正断裂、气烟囱、泥火山来控制流体的渗漏。

我们把两个冷泉表征的要素，一个是羽状流，另一个是凸起的微地貌投入到这个图上，由图可见，这些要素大多分布在弧后拉张的正断层附近，同时在中北部，即刚才A、B、C、D的B区发现了114处冷泉，冷泉的羽状流最高的顶部可以达到海面下方接近400米处，说明羽状流没有进入到海面，没有进入大气，全部在海底及海洋里消耗完。

走滑断层西侧陆坡区域两条断层的连接处，发现了两个对称的冷泉，并且这两个走滑断层挤压的弯部产生张扭应力，提供了超压带，成为冷泉发育的有利区。

进行二维平面的有限元应力模拟结果，也证实了这个结果，大家可以看到断层的区域有非常多的应力的集中点。

通过冷泉碳酸盐的定年和流体的测试分析和数字模拟，发现全球环境的变化有可能引发水合物的分解而产生冷泉，最重要的是末次冰期以来底层海水温度的上升，导致水合物失稳，加剧了冲绳海槽冷泉活动。

同时，通过冷泉碳酸盐的研究，发现末次冰期前后大规模的海平面下降，造成这个区域压力的降低，也导致水合物分解，活动冷泉分解，通过一系列的生物地球化学作用形成冷泉碳酸盐岩。

二、冷泉区关键物质循环和环境效应

刚才张院士也提到了冷泉主要的流体是甲烷组分，甲烷上来以后，在硫酸盐、甲烷作用带这个区域发生了甲烷的厌氧氧化，这都是与微生物共同作用的，是微生物参与的甲烷的固定过程之一；它主要有两个驱动：一个是硫酸根还原驱动的甲烷厌氧氧化，还有一个是铁还原驱动的甲烷厌氧氧化，无论哪种驱动，甲烷会产生碳酸氢根离子，碳酸氢根离子与海水或者孔隙水中的钙、镁结合，产生碳酸钙或者碳酸镁，形成自身碳酸盐岩，同时也是铁、锰等金属还原驱动的甲烷厌氧氧化，同样会产生碳酸氢根离子，也会形成冷泉碳酸盐，这两种冷泉碳酸盐是有严格的、非常不同的特点。到了海水里就会发生甲烷的有氧氧化，这时冷泉的宏生物就参与了甲烷的有氧氧化，一系列的研究工作都可以证实这一点。

我们的工作主要有以下几方面：

1.定量跟踪碳循环，主要测冷泉—热液流体里的甲烷和二氧化碳含量及碳源差异；热液我暂时不讲，冷泉这部分，我们发现羽流和水合物里甲烷的含量大于99%，大多数来源于沉积物的微生物和深部的热裂解，并且DIC的浓度小于30mM，主要来源于甲烷的厌氧氧化和沉积物有机碳的降解，两者之间的来源是完全不同的。

2.建立了冷泉区碳、硫、金属循环的耦合模式，在亚氧化带里，沉积物里的铁和锰促进了有机质的分解，并且降低了海底有机质的埋藏效率，而在产甲烷带里面，铁还原驱动的甲烷厌氧氧化作用显著地增强了孔隙水的碱度，促进了冷泉碳酸盐的沉淀，同时铁、锰这些活性金属的元素对硫的中间产物进行了再氧化的作用。

3.估算了冷泉碳酸盐岩固碳的效率和溶解碳排放的通量，建立了一个定量的碳循环模式。不同构造单元控制的断层或者泥火山控制的冷泉，其海底界面的甲烷和DIC的通量是不一样的。在海底，冷泉区甲烷的通量达到了30mM每年每平方米，而DIC只有20mM每年每平方米，到了海面只有0.35mM每年每平方米，说明大部分的甲烷在海底这个区域就已经消耗掉，就已经固碳了，很少升到海面上，所以它对大气影响极小。

同时，也发现硫酸盐还原驱动的甲烷厌氧氧化作用已经消耗了大部分溶解的甲烷，自身碳酸盐岩沉淀作用对甲烷厌氧氧化作用产生DIC的拦截效率，计算结果为21%到25%。

4.发现冷泉区和热液区是海水和大气的甲烷源。冷泉区的沉积物是海水甲烷的一个主要来源，也是导致海—气界面通量达到地区背景值的2-3倍的主要原因；尽管大部分甲烷已经在海底消耗了，但是还有小部分甲烷通过海—气这个界面到了大气里，沉积物甲烷的泄漏在不同的构造环境或者地区是不一样的，但是冷泉和热液区相对来说比较多一些。

5.探讨了关键的生化反应对冷泉流体泄漏过程的调控机制。(1)对ROV所带的插管取样获取的样品，首先分析了冷泉泄漏流体里代谢相关的生物群落结构，冷泉区沉积物里三类ANME古菌共存，群落中类群很丰富，但最主要的还是ANME—1，为主导类群；其他的沉积物里，ANME古菌类群具有明显的生态位分布，包括ANME—3，ANME-1a和ANME—1b，这说明冷泉区的微生物群落结构比正常的、传统的冷泉区的群落结构复杂得多。(2)揭示了冷泉不同发育阶段微生物群落演化特征，从图6可以看出，在强渗漏阶段和弱渗漏阶段微生物群落演化的特征是完全不同的。(3)揭示了冷泉区重要元素循环之间的生化耦合关系。发现表层沉

图6 不同甲烷泄漏强度区的细菌(A)和古菌(B)群落结构的主成分分析

积物中微生物功能基因和代谢途径多样性较高，而在SMTZ带中主要为固氮作用、硫歧化和甲烷代谢相关基因。不同的代谢过程具有耦合关系，如硫氧化和硝酸盐还原过程的耦合，硫酸盐还原菌可进行硝酸盐还原作用，AOM与硫歧化进行耦合。(4)探讨了冷泉和热液之间相互作用的机制，根据冷泉区沉积物里接受了大量的相邻热液区的活性金属物质输送的数据，冷泉区D2-5表层沉积物里铁、锰含量非常高，但是从热液到冷泉表层沉积物的铁、锰含量是逐渐降低的。同时，从微量元素不同相态中的分布特征，可以发现热液输入促进了稀土、稀有元素在冷泉区里的富集。另外是热液来源的铁在冷泉沉积物里主要赋存于黄铁矿、碳酸盐和蓝铁矿里。

6.对冷泉碳酸盐岩进行矿物学、同位素和孔隙水地球化学特征分析，发现铁还原驱动的甲烷厌氧氧化作用，在这个区域里是存在的。（1）首先发现矿物里有非常丰富的蓝铁矿，并且微生物矿化作用的特征非常明显，这些铁氧化物和碳酸盐共生，表明金属还原驱动的甲烷厌氧氧化作用产生了非常独特的冷泉碳酸盐岩。（2）碳酸盐岩微量元素（Mo和U）地球化学的分析结果表明，冲绳海槽这个冷泉区里的Mo不怎么富集，这进一步证明了它是铁还原驱动的甲烷厌氧氧化作用，而普通的冷泉，其典型的硫酸盐还原驱动的甲烷厌氧氧化作用，的Mo是非常富集的。（3）沉积物和孔隙水的流体地球化学特征分析，这里有大量热液来源铁的氧化物的加入，在硫酸盐供应充分的情况下，可能同时发生的硫酸盐还原驱动的甲烷厌氧氧化作用和铁、锰等金属还原驱动的甲烷厌氧氧化作用，在整个沉积物里是可以共存的。（4）分子生物学分析发现，冷泉、热液共生区的微生物ANME—1a是铁还原驱动的甲烷厌氧氧化作用的重要驱动者，这里ANME—1a参与了热液来源铁氧化物的还原，无论从基因的丰度，还是ANME—1或ANME—1a的丰度与2价铁浓度的变化趋势里，都发现有相关性，而且古菌的群落和环境因子的分析结果也发现群落结构对ANME古菌具有非常重要的影响。（5）建立了冲绳海槽冷泉热液生物地球化学循环的耦合模式，热液羽状流带来的铁、锰到达冷泉区这些区域以后，沉降到海底沉积物里，产生了硫酸盐还原驱动的甲烷厌氧氧化作用和铁还原的甲烷厌氧氧化作用，在不同深度上产生了共存。冷泉区的沉积物流体随着断层或者动力作用到达了热液区的深部，又进一步加强了热液区的生物地球化学循环的一系列过程。

7.最后谈一下环境效应。（1）盆地尺度的固碳，滋生碳酸盐岩固定方式应该说可以调节整个盆地甲烷进入外部圈层的速率，因为大部分都通过生物和冷泉碳酸盐岩已经固定了。（2）支撑深海的生命绿洲，这个地方形成了一系列以化能自养合成为基础的生物，无论是微生物还是宏生物。（3）与地质灾害相关，在冲绳海槽西侧的陆坡有一系列的海底滑坡，这些滑坡可能跟水合物分解造成的情况有一定的关系。（4）其他，如调节其他元素包括铁、硫的循环，需要进一步探讨。

三、科学问题与研究方向建议

1.碳的来源和规模，刚才张院士已经提到了碳“二源”，这个“源”到底哪里来的，它的共性和比例有多大。

2.碳的循环和控制，它是碳、硫、铁多种元素循环的耦合和控制作用，是不是存在双向调控作用。

3.碳汇的比例和组成，到底甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原各固碳的作用和比例有多大？

4.加快建设全海深重载作业级水下机器人编队和作业平台，以支撑冷泉的研究，包括可进行海底原位探测、原位处理和实验等。

参考文献（略）

钱培元：非常感谢吴教授的精彩演讲。接下来我们邀请上海海洋大学冯东教授作题目为《深海冷泉系统生命过程的地球化学印迹》的报告。

冯东现任上海海洋大学教授、博士生导师。国家优秀青年、杰出青年科学基金获得者，入选中国科学院百人计划并获终期评估优秀，荣获侯德封青年科学家奖，享受国务院政府特殊津贴。冯东教授长期从事同位素跟踪，用同位素跟踪的方法来研究冷泉系统的生物地球化学，尤其是厌氧氧化和有氧氧化的研究工作，请大家以热烈掌声欢迎冯东教授作报告。

冯东作邀请报告《深海冷泉系统生命过程的地球化学印迹》【附件8】：

很高兴来到这里和大家分享我们团队的一点工作，首先特别感谢黄良民书记的邀请，我这个报告也是个命题作文，跟刚才吴能友老师一样，也只是把我的专业“地球化学”加到题目上。海底冷泉是研究地球深部生物圈的独特窗口，也是全球变化和全球圈层相互作用的重要研究内容。冷泉生物群是荒漠海底的一道靓丽的风景线。冷泉生物具有显著的“生命效应”，是极端环境的改造者，也是生物地球化学过程的忠实记录者。报告主要从地球化学的角度，介绍冷泉生物在维持生命活动过程中特有的“生命效应”，探讨这些“生命效应”的沉积记录，展望未来需要进一步加强研究的几个方面。

摘要：报告聚焦于冷泉生态系统中管状蠕虫和双壳类（主要为贻贝）的地球化学特征，探讨其在冷泉环境中的生态功能及其地质记录中的潜在应用价值。海洋沉积物是地球上最大的甲烷储库，主要以天然气水合物形式存在。在特定条件下，水合物分解释放甲烷，这些甲烷在海底经历厌氧氧化，形成碳酸氢根和硫化氢，进而与海水中的金属离子结合形成自生碳酸盐岩和硫化物矿物。冷泉中的管状蠕虫和贻贝依赖甲烷和硫化氢作为能量来源。管状蠕虫通过体内的硫氧化共生菌，管虫能够将海水中的硫酸根注入到沉积物中，促进硫化氢的产生，从而维持其长达300年的生命活动；贻贝则对环境变化极为敏感，其体内共生的微生物类型多样，能够依赖甲烷和/或硫化氢生存。通过对现代冷泉样品的分析，发现管虫和贻贝环境形成的碳酸盐岩在矿物学和碳同位素组成上均存在显著差异，这些差异可能与它们的生活方式和环境适应性有关。此外，Mo同位素分析揭示管状蠕虫体内强烈的硝酸盐还原作用，为理解其生命过程提供了新的视角。针对地质历史时期的冷泉生态系统，研究团队尝试通过分析岩石样品中的壳体碎片来获取信息。对比软组织和壳体的碳、硫同位素对比分析表明，壳体能够记录流体化学成分的动态变化，为研究古冷泉生态系统提供了新的方法。

本报告主要包括以下三方面，首先，简单介绍研究背景，接着，重点介绍两项核心工作：一是冷泉管状蠕虫的相关研究，二是双壳类，特别是贻贝，着重介绍这两类冷泉生物的生命活动能留下什么地球化学印记。

一、海底冷泉研究背景及意义

众所周知，海洋沉积物是地球上最大的甲烷储库，其储量极为庞大，超过1000个Gt的碳。当以甲烷的形式计量时，还需乘以1.33的系数，可见这一储量的规模之巨大。

这些碳主要以天然气水合物的形式存在，而水合物的稳定存在需要特定的条件，即高压和低温。当这些条件不再满足时，水合物将分解并释放甲烷。释放甲烷就会发生渗漏，当甲烷渗漏至近海底时，会发生厌氧氧化过程。在微生物的作用下，甲烷与海水中的硫酸根反应生成碳酸氢根和硫氢根离子，这些离子和海水来的金属离子（如钙、镁、铁等）反应，形成自生矿物。因此，在冷泉区经常看到一些岩石，即是这些厌氧氧化过程的产物。同时，渗漏的甲烷及其反应产生的硫化氢可作为化能自养生物（如管状蠕虫和贻贝）的能量来源。

当甲烷进入水体后，还会发生有氧氧化过程。这一过程显著不同于厌氧氧化过程，因其消耗氧气，可能会导致局部缺氧，同时释放大量二氧化碳，进而引发海洋酸化。当甲烷进一步逸散至大气中时，其温室效应极为显著：在百年时间尺度上，其温室效应是二氧化碳的20至30倍，而在20年或10年时间尺度上，甲烷的温室效应是是二氧化碳的接近100倍，可能对气候产生深远影响。

因此，冷泉研究和天然气水合物能源开发、极端生境生命以及全球气候环境变化密切相关，长期以来备受关注。

今天会议的主题是冷泉生态系统，这个系统最大的特点它基于化能合成作用。

我们常说万物生长靠太阳，放在日常讲，这个话没错，但是在讲冷泉的时候就有问题了，因为冷泉生物靠的是甲烷、硫化氢等化学物质，而不是靠太阳能。

冷泉的发现始于20世纪80年代初，国际冷泉研究的首次报道来自Charles Paull教授（见PPT），他当时利用美国海军的“阿尔文号”载人深潜器获取了相关数据。尽管这一领域的发展尚属年轻，但进展迅速。在我国，“冷泉”概念的引入是2002年，仅有20余年的研究历史。

我个人非常有幸于2013年作为中国科学院南海海洋研究所的代表，参加了“蛟龙号”首个实验性应用航次，这也是我国科学家第一次切切实实拿到了冷泉样品，这是我们当时采到的冷泉贻贝（图1），开启了我国冷泉生物的实质性研究。在此之前，我国的相关研究主要基于文献调研，尚无实际样品。

图1 蛟龙号2013年夏天在南海北边F站位深潜及获得的贻贝样品 

这是冷泉区常见的一类生物—管状蠕虫。通常，他们出现在冷泉环境相对稳定甚至即将消亡的阶段。管状蠕虫依赖体内的硫氧化共生菌，其个体可生长至数米之长。早期研究认为其寿命约为250年，而最新研究显示，其寿命可延长至300年以上，是深海中寿命最长的生物之一。

这里提出一直值得思考的问题：观察这些图片，分别是野外图片，标本照片和显微镜下看到的照片。我们能否确定这些是管状蠕虫？这些样本来自摩洛哥泥盆纪，距今约4亿年。基于形态学分析，古生物学就认为他们是管状蠕虫。然而，该结论仅依赖形态学证据，缺乏地球化学等多方面证据的支持。

这是冷泉区另外一类常见的生物—贻贝（图2），照片拍摄于海马冷泉。与管状蠕虫不同，贻贝对环境变化极为敏感：当冷泉中甲烷气泡不断涌现时，他们能否大量发育；一旦甲烷渗漏停止，贻贝便会迅速死亡。其体内共生的微生物种类多样，包括一依赖甲烷的，依赖硫化氢的，以及同时可依赖甲烷和硫化氢的。这种多样性反应了贻贝对冷泉环境适应性的灵活性。

图2 海马冷泉发育的贻贝生物群落（陶军教授提供）

再提出一个值得讨论问题：通过这些照片，是否能否确定他们是冷泉双壳？这是样品来自摩洛哥志留纪晚期地层，距今约4.23亿年。古生物学家基于形态学分析，认为他们属于冷泉双壳类，甚至可能是目前已知最早的冷泉双壳类生物，。然而，这一结论同样缺乏地球化学等其他独立证据的支持。

刚才介绍的样品时间跨度达数亿年。实际上，仅仅依赖形态学，即使是几万年的样品，我们也很难确定他们是不是来自冷泉环境。因此，我们的研究思路是，是否可以从地球化学的角度获取更多的证据。例如通过分析墨西哥湾采集的样品，我们希望解答这些冷泉生物留下什么样的地球化学印记。

这一研究方向是我们团队近年来的主要工作之一。我们的目标是探讨这些冷泉生物的遗迹在岩石标本中保留的地球化学信息，从而反推他们发育时的生态系统特征。换言之，通过地球化学研究手段，不仅能揭示这些样品的冷泉属性，还能进一步理解当时的环境条件和生态系统演化。这是我们从地球化学视角开展冷泉生态系统研究的基本思路。以上是汇报的第一部分。

二、冷泉管状蠕虫的地球化学印记

首先，分享的是在上世纪90年代初，美国宾夕法尼亚大学的Charles Fisher教授团队所进行的一项经典试验。他们利用载人深潜器，深入墨西哥湾海底500米，开展了一项关于管虫生长速度的研究实验。他们通过给管虫染色，以此来研究管虫的生长情况。染色的目的是为了追踪管虫的生长速率，实验结果显示，管虫在14个月内从染色区域生长到另一位位置（图3）。这个工作Fisher教授团队最终总结出管虫生长的长期曲线，这些数据分别来自1995年、1997年和1998年的航次。总体来看，随着管虫年龄的增长，其生长速度逐渐减缓，这一发现与常识相符。

图3 墨西哥湾550米水深冷泉管虫染色实验

（Boetius, 2005; Photo: Charles Fisher; https://science.psu.edu）

基于这些数据，研究人员得出结论，当时认为管虫的寿命可以达到250年，这一发现震惊了学界。此外，Fisher教授团队的另一项研究旨在评估这些管虫在生活过程中所需的能量，并与环境所能提供的能量进行比较。研究表明，管虫要生存下去，所需的能量和环境所能提供的相比，其比值必须大于1管虫才能活下来。然而，根据当时的认知，这一比值通常小于1。因此，研究人员提出了一个科学假设，即管虫可能通过其管道将海水中的硫酸根释放到地层沉积物中。沉积物中甲烷丰富，但硫酸根却相对缺乏。如果管虫能够将海水中的硫酸根引入沉积物，便能够促进硫化氢的生成，而硫化氢是管虫生存所必需的。

为了验证这一假设，研究团队设计了一个实验，通过对发育有管虫和不发育管虫的环境中沉积物孔隙水的分析，观察它们的硫酸根、硫化氢浓度以及硫酸盐还原速率的差异。实验结果表明，管虫确实可能通过其管道释放海水中的硫酸根，从而加速硫化氢的生成，这一假设得到了验证。

我们的工作也以此为基础，探讨了管虫的生物效应是否能够在地质样品中留下记录。特别是我们关注的是碳酸盐岩中是否能保存这些记录。如张院士所指出，碳酸盐岩对碳的固定可以认为是永久性的，可以为我们提供数亿年的地球化学信息。

我们的研究方法非常简单，选了只发育贻贝和只发育管虫的环境样本，分析了他们在矿物和同位素组成上的差异。我们发现，管虫碳酸盐岩的矿物成分与贻贝碳酸盐岩有显著不同。管虫碳酸盐岩的文石含量较高，而贻贝碳酸盐岩则主要由方解石组成。我们还观察到，管虫样本的碳同位素值远低于贻贝样本，这表明两类碳酸盐岩在矿物成分和同位素上有显著差异。

这种差异的原因可能与之前提出的假说密切相关：管虫通过管道将海水中的硫酸根注入沉积物中，促进硫化氢的生成。在这一过程中，甲烷转化为碳酸氢根的过程中会导致碳同位素的分馏，使得管虫所在的环境中，硫酸根的浓度增高。这种富集硫酸根的环境有助于文石的形成，从而解释了我们观察到的矿物成分和同位素差异。

此外，我们团队成员王旭东博士最近的一项工作显示，海马冷泉中的管虫样本Mo同位素值达到了负千分之四点五，这一数值是目前为止在所有自然样本中发现的最低值（见图5）。这一发现表明，管虫生活环境中存在强烈的硝酸盐还原作用，而Mo作为酶参与了这一过程，导致Mo同位素发生显著分馏。我们还正在进行铁、铜、锌等元素的同位素分析，以示踪其他相关的生物地球化学过程。以上是第二部分。

图4 冷泉管虫硝酸盐还原过程利用Mo金属酶（Wang et al., Geology, 2023）

 三、冷泉双壳类的地球化学印记

自2013年以来，我们有机会获得一些重要样品，可以开展相关研究。基于“蛟龙号”2013年及“海马号”2015年后的多次航次，以及2018年ROPOS号和近期的“深海勇士号”等一系列工作，我们针对冷泉环境中的贻贝进行了碳、硫同位素分析，涵盖了软组织和壳体的同位素。

我们首先看一下软组织部分，可以发现一些有趣的现象。如果贻贝依赖甲烷作为能量来源，那么其软组织同位素就反映了甲烷的同位素组成。我们通过甲烷样品测得的同位素值与贻贝软组织的测定值非常接近。然而，如果贻贝依赖硫化氢，其碳同位素显著不同。如果贻贝依赖硫化氢，其碳他同位素值不能指示甲烷的碳同位素，但是其硫同位素则可以指示它的环境的硫的同位素，大家可以看到它的硫同位素值可以很好地指示环境里面硫化氢的同位素，这个硫同位素对我们来说是非常重要的。

通过碳、硫同位素分析，我们对冷泉系统的了解得到了进一步深化。例如，我们可以明确甲烷的来源，正如张院士在上午报告中提到的，甲烷的来源可以是生物成因或热成因。以F站位为例，甲烷的同位素值为负千分之七十，显然显示为生物成因。除此之外，碳、硫同位素还可以揭示冷泉中渗漏的强度：两个同位素值越接近，渗漏强度越大。相反，若渗漏较弱，两个同位素值差异会较大。我们还可以借此了解微生物作用，如甲烷厌氧氧化、硫酸盐还原过程，以及化学过程，例如硫化氢氧化成硫酸根的过程。这些信息对于研究特定冷泉环境非常有帮助，尤其是当冷泉环境中既有依赖甲烷的物种，也有依赖硫化氢的物种时，通过同步进行碳硫同位素分析，能够提供非常全面的生态和地球化学信息。

然而，面对一些不再活跃的冷泉（例如冷泉活动已经停止）以及地质历史时期的冷泉（数百万甚至数亿年前的冷泉遗迹），我们面临一个重要问题：如何在仅有岩石样品的情况下，仍能获得冷泉的信息？这是我们计划开展的工作。

根据文献，冷泉中的贻贝在其生命活动期间会分泌蛋白质，一部分进入软组织，另一部分则进入壳体。因此，我们提出了一个假设：能否通过研究贻贝壳体中的同位素信息，来弥补软组织缺失的情况？正如张院士的报告所指出，壳体作为永久的地质信息载体，如果其中能够保留同位素信息，将具有重要的研究价值。 为验证这一假设，我们采集了墨西哥湾和南海的样品。墨西哥湾样品来自两个不同地点，使用相同物种，而南海海马冷泉样品则包括依赖甲烷的物种和依赖硫化氢的物种。通过对软组织和壳体中的有机物部分进行碳、硫同位素分析，比较它们之间的差异。结果显示，在同一坐标体系下，软组织和壳体的同位素组合基本相似。然而，硫同位素的差异较为明显，尤其是甲烷依赖物种的硫同位素差异较大。

我们假设碳同位素差异小于千分之四时可视为无显著差异，而硫同位素差异小于千分之五时则认为无差异。从数据来看，依赖甲烷的物种的碳同位素差异较大，而依赖硫化氢的物种则差异较小。这表明冷泉中的流体化学成分动态变化对壳体记录产生了影响，而软组织则记录了较为瞬时的化学变化。

右边这个图给出的是墨西哥湾2010年深海地平线漏油之后大家看到的情况，我们知道它什么时候发生了什么，然后看它有什么过程在进行，大家可以看到伴随着甲烷浓度，它释放到水体里面之后很快被微生物消耗，消耗了，它的量就在变少，对应地，它的消耗速率也在增加。更重要的是大家看这条线，也就是水体里面溶解的氧气的含量在持续地降低，这个认知跟大家常规的认知是不一样的，大家认为这个微生物过程应该很快，一旦这个渗漏停止之后，很快甲烷的消化就应该没那么多了，实际上不是，它还在持续地消耗，整个过程结束之后，几十天内海水里面的氧气还在持续地降低，可能大家对甲烷渗漏的认识还要再不断地做一些工作。

此外，尽管甲烷的有氧氧化对生态环境至关重要，但由于其主要发生在大范围的水体环境中，地球化学信号容易被稀释，因此很难直接在水体中追踪这一过程。然而，冷泉中的贻贝作为一个封闭的生态系统，其体内的有氧氧化过程可以提供有价值的地球化学信息。我们还分析了稀土元素数据，发现依赖甲烷的贻贝，无论是软组织还是壳体的稀土元素含量，均显著高于依赖硫化氢的物种。那么，为什么会有这种过程？那就是因为在甲烷的有氧氧化过程当中，第一步它用的是铜，第二步用的是稀土，它既然要用稀土，就会导致其含量的异常。

总的来说，我们初步建立了适用于最古老管虫和双壳类生物的地球化学指标体系。该研究对于追溯最早生物的出现时间、探讨其驱动因素（如海水硫酸根浓度变化、表层生产力、底层海水温度变化等）具有重要意义。从地球系统科学的角度来看，这一工作将为我们理解地球早期环境提供新的视角。

最后，若将研究的时间尺度延长至几十亿年前（图5），冷泉系统可能为我们解决重大科学问题提供了一个天然的实验室。根据现有认知，地球大气中的甲烷在38亿年前已开始存在，而过去大气甲烷含量远高于当前，这与氧气含量直接相关。甲烷浓度降低至一定程度后，地球大气中的氧气才得以存在。因此，现代海底冷泉作为天然实验室，能为我们研究这些重大问题提供独特的视角和基础数据。

图5 地球近40亿年以来大气N2、O2、CO2、CH4含量演化历程，其中产甲烷生物、产氧光合作用生物、陆地植物扩张等生物演化事件对大气具有重要影响（Catling and Zahnle, 2020, Science Advances）

参考文献（略）

钱培元：谢谢冯东教授的精彩报告。在我们准备进入下一个环节之前，我想对今天两位教授的演讲做一个简单的小结或评论。

第一是吴教授对冲绳海盆冷泉形成的机制和构成进行了很精彩的演讲，同时分析了甲烷的去向，总体而言，吴教授对未来提出了一个研究方向的建议，我用十个字来归纳一下，说的不对的请吴教授更正，今后天然气水合物甲烷的研究，首先我们要了解它的来源、总量、比例、循环和它的去向，我认为这十个字就是我们今后关于甲烷研究的方向。

冯教授最根本的演讲，解释了能否通过生物地球化学循环的记录来反推冷泉生态系统的生命过程，同时举了一些很好的例子来证明这是可行的，对于未来的研究方向，他提出还是要加强观测、分析、模拟。

接下来的环节，请林强副所长主持。

林强：谢谢两位专家的报告，谢谢钱教授的精准点评。由于时间关系，我就直接进入下一个环节了。 

首先有请两位报告人入座，同时也邀请：自然资源部第一海洋研究所所长李铁刚研究员，广州海洋地质调查局总工杨胜雄教授级高工，上海海洋大学陈多福教授，中国科学院南海海洋所王淑红研究员。

按照整个沙龙的安排，请大家上座，我们一起讨论。这是本次沙龙活动的一大特色，今天有了这样一个机会，我们可以展开充分的讨论，一边进行我们的专家点评，比如今天上午两位专家的报告，其他专家可以做一些点评，同时我们也非常期待在座的各位专家和嘉宾能够积极地发言、提问。

根据整个议程安排，这单元主要围绕“深海冷泉环境特征及生态效应”议题，刚才钱教授已经做了非常精彩的点评，我们围绕冷泉区的生态效应、通量问题以及生命的演化和生物地球化学循环等相关的一些研究进展，我想不只局限于两位专家的报告内容，大家可以针对平时自己关注的、关切的一些问题展开讨论。

现在开始，首先围绕吴教授的报告，比如深海冷泉关键元素循环和生态环境效应这个主题，大家有什么问题的话，我想在这里可以畅所欲言，同时请几位老师也可以给我们做一些更深入的点评。

对在场各位专家，可以给一点时间思考。首先有请铁刚所长，当然我个人的理解是，不管是吴老师的报告还是冯老师的报告，从您的角度出发，我们有什么比如将来要值得关注的问题，尤其是现在围绕“十五五”战略规划，在深海冷泉层面，还有什么想法或者值得更加深入思考的问题，也给予指点。

李铁刚：两位科学家的报告，我感觉都非常好，一个是讲冲绳海槽的故事，一个是讲南海冷泉的故事，一个是从宏观的角度，一个是从微观角度，这里面隐含了很多一些重要的问题，关于冷泉和热液之间到底是什么样关系的问题，有物质的交换，也有能量的交换，往往能量的交换是我们看不到的，但可能发挥关键的作用。从微观角度来讲，从南海不同的生物体，管状蠕虫不同阶段，它的同位素组成，是在什么环境下和条件下形成的，我觉得是非常好的一个报告，非常前沿、非常新，给我也是耳目一新。

在这里，我今天特别想谈谈我自己的想法，因为在十二三年前，是中国科学院的战略前沿项目，支持海洋科学研究，冷泉和热液是其中一个非常重要的方面，但是这么多年，深海也炒得很热，我觉得也是一个好事，但是我在考虑几个问题，不知道目前的题目大家注意到没有，总书记最近有一个讲话，我当时听了以后觉得讲得跟我们做的深海这个事的观念是一模一样的，当然他是对整个科技界提的，包括航空航天等等都有，他的原话是科学研究向极宏观拓展，向极微观去深化，向极端条件去迈进，向极综合交叉加强、强化，事实上目的是什么呢？也是差不多他的原话，就是要突破人类的认知，我觉得这话讲得真好，宏观的、微观的、极端的环境条件，其实它都包括了，最终目标就是突破人类的认知。

回过头来，我们从宏观角度怎么来考虑问题，从微观角度又怎么来思考这个问题，这也是我近年来一直在考虑的事情，但是到现在为止也没有取得突破，现在提出来供大家参考。

一个是冷泉、热液这些极端环境，或者叫特殊环境，生命信息的连通性问题，为什么一打开冷泉，我们闭着眼睛就知道这里可能会有潜铠虾，可能有贻贝，可能会有管状蠕虫，那么它为什么会出现在这里，而不是别的物种？还有一个是冲绳海槽的热液活动，可能还有冷泉，包括南海北部差不多1500公里到1700公里的距离，两个冷泉系统或者热液系统，生命优势物种的相似度能达到80%到85%，它们的通道在哪里？它的动力因素在哪里？我觉得这是挺有意思的一个课题，因为讲科学问题嘛，我觉得这是应该特别考虑的事，它也是多学科的，包括物理、海洋、地质、沉积物、微生物、物质能量的交换等等，只有在多学科合作，就是总书记讲的极综合交叉，就得多学科来做。

另一方面是从极微观的角度来看，在这里我一直考虑一个问题，现在我们都知道上个世纪地球科学最大的三个突破，其中之一就是否定了或者颠覆了万物生长靠太阳这一人类对自然的认知，就是1977年加拉帕戈斯裂缝热液的发现，1983年在蒙特利湾冷泉的发现，实际上都是上个世纪发现的。由此发现，除了光合作用以外，还有化合作用，光合作用和化合作用是完全不同的两套机制，打破了我们传统认知。

反过来我们来看光合作用，人类发现光合作用用了整整将近150年，从1771年到上世纪的30年代才发现了光合作用，刚才张偲院士也讲了一系列的研究，获得了20个诺贝尔奖，光合作用到目前为止才算是搞得比较清楚了。我们都知道光合作用到春夏的时候，是叶绿素a和叶绿素b，在蓝紫光的作用下，光合作用强烈，而形成绿色；到了秋天，光合作用就不是靠叶绿素了，是什么呢？它是叶黄素和类胡萝卜素，但是接受的光是红橙光，这个就搞得很明白，我们就可以解释为什么春夏郁郁葱葱，而到秋天丛林尽染，这个机制已解释清楚了。但是恰恰相反，另外一套系统，就是化能系统，我们没弄明白，比如一个分子是通过什么样的机理或机制的过程，把它从一个化学能变成了一个生物能，硫化氢是怎么转换的，硫化氢和甲烷作为原始的化学能源，它的结果又变成一个什么样的东西？变成一个什么样的生物能？这个问题我觉得挺重要的。

我一直觉得，如果有大的科学发现，大道至简，一定是用简单的几句话描述出来的东西，那个绝对是重大的科学发现；如果讲了半天讲不清楚的事情，我想那是做学问，进行自由探索就可以；但是真正的科学大的发现一定是用几句话能够解释清楚，能描述出来，让外行、民众都能够知晓、理解。

刚才张院士说20个诺贝尔奖，不管你们信不信，我是信了，诺贝尔奖就在那里，都一起努力吧。谢谢大家！    

林强：谢谢铁刚所长的精彩评论，确实也是事实，从我们整个学科的布局或者国家战略需求来讲，我们确实需要很大的动作，很多相关的科学发现、探索，尤其我觉得收获更大的一点是把咱们非常重要的科学问题科普化，讲得非常好。

在两位报告的过程中，我特别关注了一点，当然不一定成熟，即未来我们真正要实现甲烷或者可燃冰的开采问题，还有生态风险的问题。因为生态风险确实是大家非常关注、关切的问题，张院士刚才也讲到了2030年要实现可燃冰的开采，当然这是一个很好的愿望，但是我们相信可能存在或者无法避免的一些生态风险的问题，请杨总工做个点评或提出建议意见。

杨胜雄：首先非常感谢黄良民书记给我提供这么好的学习机会，非常高兴今天能见到这么多的老前辈和年轻同事，共同交流有关深海冷泉生态系统方面的一些最新研究进展。

大家都知道，前面专家都介绍了，冷泉应该说是海底热液发现之后一个新的研究领域，而且冷泉的研究涉及到地球科学、环境科学以及生命科学，应该说是三大科学领域，而且牵涉到地球的岩石圈、生物圈、水圈，是三大圈层的交叉，集大成者。

刚才两位专家做了非常好的报告，我的体会是充分体现了两大特点，一个是研究越来越深入，认识越来越提高；第二是刚才说的三大领域，交叉学科的结合越来越紧密，得出的认识越来越全面，这是我的总体感觉。

简单来说，刚才林所长提的关于生物生态，因为我是做资源方面的，从1999年就开始进行天然气水合物资源的勘探，2007年第一次进行了钻探，获取了天然气水合物的实物样品，证实了我国管辖的海域，特别是南海北部海域存在着潜力巨大的天然气水合物资源，2017年进行了第一次试采，证实了天然气水合物开发的技术上潜在的可能性；我们也一直在关注生物、生态、环境影响和效应方面的工作。因为原来我的设想是要实现天然气水合物的商业性开发，取决于五大方面的因素和影响：

第一是要有一定的资源储量，没有储量就谈不上开采；

第二是要有好的开发技术；

第三是要对环境友好；

第四是要有相应的法律法规政策的支持；

第五是要有商业利润。

环境影响方面，我们一直在关注，从勘探活动开始就设置了相应的环境机制的研究，到了实验性开发的时候进行了环境影响的监测及试采后的评价。从我个人观点，不一定对，我认为到目前为止实验性开采也好、勘探也好，对环境的影响几乎可以忽略不计，但随着长时间的商业开发，我相信会有影响，但肯定是可控的，因为我们已经有先例了，像深海油气资源的开发已经做了几十年了，你说对环境有没有影响？那肯定会有影响，但都是在技术上可控的。随着技术的进步，应该说我们控制的能力越来越强，我觉得是乐观的，关键问题是能不能开发，一方面是有没有资源，资源在哪里，另一方面是有没有商业利益，即能不能赚钱？如果比不上油气开发，对商业来说那肯定是不行的。

至于下一步针对冷泉生态系统方面的工作，听了以后，我有点不成熟的想法，主要有三点：

第一点，我们要重视海底冷泉及其生态系统在时间维度和空间维度上的耦合关系研究。比如在时间尺度方面，大家都认为海底冷泉并非一直匀速喷发，它会受到很多因素影响，特别是大家认为由甲烷水合物分解以后喷发到海底，甲烷水合物受到一定条件变化的影响，首先我们要做一个时间序列上的研究，研究冷泉在喷发过程中受什么因素的影响，它喷发的过程中，大小能量不同、通量不同，对海底的生物生态系统造成什么样的影响。我们多年来在调查过程中发现，例如我们今年去调查时冷泉喷发很强烈，明年去调查时喷发不强烈，甚至有些地方就没了，这个时候海底的生态生物，宏观生物分布的状态是有一定区别的，刚才说的管状蠕虫，喷发很强烈时可能在海底表面就有很多，如果冷泉快灭了，没有喷发了，它缺乏营养的供给，可能会往沉积物的下部钻进去，到底下去吸取甲烷的营养，所以它的喷发与否是不一样的。同样的道理，空间序列，在冷泉喷发的中心到冷泉的外围有哪些生物能够生长，在多远的距离，它的生物就不能生长了，这方面我们的研究是远远不够的。

第二点，我们现在研究冷泉的生物生态系统，基本上是立足于化能合成生物或者甲烷厌氧环境，牵涉到的是硫酸根的作用等等，基于这样一个认识，最近英国的科学家发表文章，发现在深海多金属结合丰富的地区，五千多米的水深，锰结核长期能够释放出极其微量的氧气，从而提出在深海，不一定是完全靠甲烷厌氧，而是释放的氧气对深海的生态系统有什么影响，现在也不清楚。受这种启发，我们的冷泉地区会不会存在类似的情况？因为现在极少研究，是不是也可以拓展一些思路，开展相应的观测。

第三点，前面所提到的这些研究，都依赖于需要海底比较长时间序列的观测、探测以及监测的技术、方法的进步，所以我们最近在研究智能式的长时间序列的观测，这个跟刚才张院士介绍的冷泉大科学装置，可以在海里工作一个月，如果其他的可以做半年、一年，甚至更长时间连续的观测，我们就可以了解更多的刚才我讲的时间尺度、维度上，空间的维度上，海底的冷泉生态系统的变化及其与冷泉以下的水合物分解有什么耦合关系。

这是我不成熟的一些想法，不一定对，供参考，谢谢大家！    

林强：谢谢杨教授的精彩指点，尤其关注了从生态系统的角度对冷泉系统的研究，提出了三点建议，我觉得非常有前瞻性。

刚才两位报告当中多次提到我们应从不同角度，开展多学科交叉研究，其中生物地球化学循环在整个研究中，尤其对冷泉生态系统的探索是非常重要的一项内容，当然我不仅仅局限于这个问题，多福老师有什么指导性的意见或建议？    

陈多福：谈不上指导，根据我这几年思考的问题给大家分享一下。

首先我们最近几年一直在开展冷泉系统的定量研究，知道甲烷在进入海底的时候发生缺氧氧化，氧化的产物并不是说它没有了，还是碳，不是甲烷，就变成了碳酸氢根，也就是DIC，或者变成了在生命体里面的有机质，这两方面要达到碳中和，必需把它固定在沉积物里，那才是碳中和，最终比如DIC碳酸氢根释放到海水里，它会影响整个海洋的碳循环系统，也影响到海—气交换。

因此，这个问题，你如何来确定甲烷被百分之七八十，或者百分之九十在进入海水里以前，在沉积界面被消耗掉，这是对的，但它的产物仍然会进入到海洋系统中，这个我们一直非常关心，也很感兴趣，到底多少释放出来，就是甲烷转换成碳酸氢根以后，通过与钙镁离子结合，形成碳酸盐岩沉淀在海底，又有多少通过微生物作用消耗甲烷，产生的有机质跟铁结合，再固定在沉积物里，因为有机碳的固定最好、最稳定的方式是与铁结合，所以我们最近这几年一直很关注这个问题。

另外一个问题是在任何的元素循环过程中，微生物作用是必须要有的，比如甲烷的氧化，我们看到很简单的公式，甲烷+硫酸根生成了二氧化碳、硫化氢，这个过程实际上是微生物介导的，没有微生物，就无法完成。同时，微生物的过程，刚才冯东介绍过，缺少金属元素也是不行的，所以我们现在一直在关注金属元素在冷泉生态系统里发挥什么作用，也是需要关心的问题。

第三个问题也许是张偲院士的大科学装置可以做的一项工作，就是到底这个生态系统怎么发生的，它总是要从无到有过程。历史上记录的是6亿年左右，碳酸盐有记录，目前认为是甲烷缺氧氧化产生的。再往前推，甲烷缺氧氧化冷泉生态系统的形成，在更早的地球历史上是什么时候产生的，需要什么条件？因为微生物不知道哪来的，甲烷缺氧氧化，这里的氧化菌也好、还原菌也好是从哪里来的？目前并不清楚。当然现在海底只要有冒气泡的地方，很快就形成冷泉生态系统，只要气泡停止渗漏、不冒泡，马上这个生态系统就没有了，这是已经观测到的事实，但到底是怎样的，以后深海实验室到海底以后，也许可以去观测，做一些实验，看看它是怎么形成的，这是现代的海洋科学问题。我刚才说的是更老的、更古的问题，怎么来追？这套装置可以用来开展相关研究。

我就讲这三个问题，谢谢大家！    

林强：谢谢多福老师，尤其关注到了整个生物地球化学循环的问题，包括生命策略，我个人觉得也是非常有前瞻性的问题。从我们的角度，非常关注物质连通、流通的问题，包括提到非常专业的羽流问题，在整个生命策略过程中扮演的角色或者它的贡献有多大，这是非常重要的一个热点或者将要攻克的问题。

刚才几位老师从不同的尺度和视角分析了热点问题，我不知道王淑红老师您对冷泉生态系统整体的认知或者从您的角度有什么新的见解，请给予指导一下。

王淑红：首先感谢黄良民书记和主办方今天邀请我来参加主题一的座席讨论，其实我自己是挺紧张的，因为现场有很多带领我进入水合物和冷泉研究的前辈们，包括在座的吴能友老师、陈多福老师、杨胜雄总工，对我从事这个领域研究都给了很多帮助，当然也有曾经一起工作和战斗过的冯东老师，但是他们现在已经是冷泉研究的顶梁柱，是青年才俊，所以我自己一方面是紧张，也很惭愧。

我虽然从事冷泉和水合物研究有20多年了，但大家对我可能并不是很熟悉，今天参加这个会，我觉得有很大的收获，就是从吴老师和冯老师的报告中，我首先有两点新的认识，前段时间我在查阅资料时看到一个说法，冷泉的物质来源有来自于热液，当时我还在想冷泉和热液是两个不同的东西，为什么会有来源于热液，今天吴老师的报告解决了我的疑惑，原来冷泉和热液形成的机理和它存在的位置其实是有很大关联性；从冯老师的报告，也解决了困惑我好长一段时间的问题，就是我做地化研究或者地质研究的人，怎么突破目前在冷泉和水合物研究中遇到的一个瓶颈问题，就是怎么结合生物生态的研究，冯老师的报告又给了我一个启发，用地球化学的指标和数据来做生物研究，即学科交叉问题。

同时，对未来我充满期待，第一是冯东老师的样品问题，他在做管状蠕虫的时候，说美国人做了染色标记，记录了14天的生长，我们所的大科学装置可在海底停留30天，即以后我们的研究不需要做染色标记，可以现场连续一个月观测，直接记录它每天生长的长度，可见大科学装置对我们未来冷泉研究将有很大帮助。

第二是以后我们的研究可以把地球化学和生物结合起来，进行学科交叉，做地球化学的也可以为做生物的提供帮助。    

林强：从王老师的点评中，我感受特别深刻的一点是多个学科合作，期望围绕关键的核心科学问题能继续加深、加大这种合作。

张院士将把大科学装置搭建起来，如何利用这个平台来解决实际的科学问题，这是值得我们深思的。这个大装置平台可以说是独一无二、不可替代的，但是否能做到不可替代、独一无二？也期待大家一起思考。

围绕这些问题，刚才几位专家从不同视角给了我们很好的思路和见解，现请会场专家根据自己的关注点，提出问题或发表意见。

会场提问：我来自中国科学院深海所(荆红梅)，想请教几位专家，也是在同行中经常很困惑的问题，我们通常知道上层初级生产有机碳的沉降可能是深海寡营养生态系统的一个物质来源，但发现了冷泉和热液以后，大家更多的是说它对深海生境极为重要，但从它的规模和体量对整个深海生境来讲，是上层的更重要还是化能生态系统更重要，是否比本身从底部渗透出来的能量更重要？而且我们在下潜的时候也发现了上面的海雪大量在冷泉区沉降，就是它从上层沉降到冷泉区，冷泉区底部的微生物也在利用上层沉降下来的有机物，我想知道上层的供给跟底层、从地底下渗漏还原性的物质的供给，对于整个冷泉区的生态系统的相对贡献是怎样的？

针对冷泉区，它靠本身的能量来供应当地的生态，除了能够维持本地的生态系统之外，它还能向水平扩散或者向上输送，还能为周边的生态系统提供多少的物质能量来源，目前的研究是怎样的？    

陈多福：我来回答你这个问题，有好几个人提过这个问题，我也做过一些回答，我今天再来解答一下。

从现代海洋环境，那肯定是正常的海洋中那些碳的贡献是最大的，就冷泉系统所贡献的物质相比来看，占比是很小的。但是我们知道现在这个时期是高海平面期，天然气水合物相对比较稳定，但在地质历史时期，那就不好说了，因为地质历史时期曾经发生过几次由于各种原因，目前来看主要是水合物分解释放出大量的甲烷，进入到海洋，导致了整个海洋生态系统的破坏，这是有地质记录的，无论从碳同位素，还是从当时微生物发育的情况，都是有记录的，那就是另外一回事了，这个影响是非常大的。    

吴能友：我说一个简单的故事，2017年我们意外地发现了一个新的冷泉，2017年的时候是一个喷口，大量的甲烷在喷发，2017年我们再次去那个喷口的时候已经变成了两个喷口，甲烷喷发量依然很大，2018年已经变成五六个喷口，甲烷的量喷发已经在逐渐减弱，三年过去了没有生物，到第四年，甲烷喷发量更少，但海底以上有游动的非常小的虾。再到第五年，海底已经出现了宏生物，但虾依然是占主要的，到第六年，海底的生物占大多数，在游动的虾变少了，这么一个简单的故事，你可以推测到底是深部冷泉甲烷喷发的能量来维持这个生态系统，还是其他的一些因素在维持着这个生态系统。

我刚才非常同意前面杨总说的、陈老师说的，冷泉系统的演化和生态系统的形成和演化之间的关系，可能要好好去琢磨，我就说这么多。    

李铁刚：你可以找一个大一点的生物，把它的消化道解剖开来看里面的食物、吃的东西，其中有生物碎屑，也有鲜活的细菌或者小虾、小鱼，这些食物中肯定是以当地鲜活的为主，为什么呢？因为碎屑沉降的过程有分解，到深海底，只剩不到1%，大部分都分解掉，溶解到水里去。

为什么说有甲烷的地方，会有生物的大量富集？其实生物和人一样，它就两件事最重要，一个是吃，一个是喘气，缺哪一样都不行。

还有一个是它产生的东西能不能往上走？你得根据动力环境，海洋最重要的特征是分层的，水柱是分层的，水源都不一样，流速、流向都不一样，相互之间的交换相对更难了，如果是一个正地形，它靠泰勒柱，把营养盐往上推，这时它有可能被带到真光层，才有可能交换，否则它在深层是没有交换的。为什么说深海碳库不是埋在沉积物里的，是以颗粒状或者溶解态溶解在深海深部，存在水体里，进入深海沉积物的极少（不足1%），所以说海洋的碳库是靠海水分层，把它封闭在那里。    

林强：刚才几位专家展开了热烈讨论，时间关系，可再提一个问题。    

提问：我是南海海洋所张兰兰，刚才听了冯老师的报告，感觉很惊喜，因为他在地化和生物学科交叉上做得非常好，给我很大启发。我有个问题，你讲到贻贝，有的种类依赖甲烷，有的依赖硫化氢，我在想为什么，这是生物对环境的主动选择还是对环境的被动适应？

另外一点是你展示的依赖甲烷的贻贝形态，它的线条非常流畅，很漂亮，但是依赖硫化氢的贻贝，其壳体感觉发生了畸变一样，它的形态是不是因为硫的元素在体内产生作用，让它的形态发生了改变？

冯东：你的问题很好，但是我不知道，请钱老师解答一下。

钱培元：这个问题我也只能尽量地去解释。

实际上，我们发现在底基生物中，有的是甲烷相关的菌，有的是硫化氢相关的硫氧化的还原菌，但是你也可以发现有的生物里两种都有，完全取决于它的生存环境条件，今天下午我的报告当中会有一两张幻灯片，也就是共生的关系是可以因物种的变化而变化的，我说的物种就是动物的遗传结构可以影响它体内的共生菌的组成。另外一个是环境的变化会影响到共生菌的组合，还有一种是环境变化，就是同一种所谓的共生菌遗传结构会发生很大的变化。这是回答你的第一个问题。

第二个问题是管状蠕虫形态的问题，这与它生长的环境又是密切相关的，在热液口，长得非常长或者是管状的，或者在冷泉里面，管状蠕虫生长的密度是非常高的，而在所谓的甲烷溢出、渗透的地方，它的变化相对来说没有我们在南海看到的那么大，所以它的生长状况又是与环境变化直接相关。

我不知道冯东教授有没有做管虫结构的化学组成，其蛋白质几丁质的结构，不同的种是不一样的，但总体上化合成分是相类似的，当然还有很多我不知道的，我也没法回答。

林强：钱教授解答了我们一个很重要的问题，实际上也再次凸显了学科交叉的重要性，通过学科交叉才能够从整体上解决一些重要的问题。

提问：我是南海海洋所的黄瑞芳，想问吴老师一个问题，您讲冷泉、热液相互作用机制的时候，提到了冷泉的沉积物会接受热液区的金属活性物质的输送，我比较关心气体会不会相互输送，比如甲烷，还有氢气、二氧化碳这些气体会不会从热液到冷泉区的输送？

吴能友：我认为流体里面有气体，也有金属，但是这个气体在热液区就已经消耗掉了。当然热液的羽流可以输送到很远，一千公里以上，金属离子容易随着羽流输送到很远的地方，但是气体可能只在局部的环境，我认为受影响的主要是金属离子、金属元素在沉积物中，当然羽流里面也有甲烷，甚至还有二氧化碳和其他的气体组分，但对冷泉的影响似乎很小，到目前为止，我是想不出来有没有影响，我个人的观点认为是否定的。

提问：我看到您有一张PPT讲到热液区甲烷的碳同位素，有一个低温的热液，它的碳同位素还是比较负的。

吴能友：是的，我们也正在解释为什么。

林强：谢谢吴老师！我相信在座的各位，尤其是后面一些年轻人，由于人多场地大，不太方便提问题，大家可以会后找机会再交流、讨论。

3.议题二：深海冷泉化能生态系统与生命演化

重点讨论深海冷泉共生体系特征、化能生态系统结构与生产功能，冷泉生物圈演化及其生命过程关键物质的传递模式与通量，目前国内外研究现状及其发展趋势，未来关注的重点领域。

主持人：包振民，钱宏林

邀请报告：3.《深海冷泉生态系统：科学问题与探究展望》（李超伦），4.《化能合成生态系统中共生伙伴互作的多样化和可塑性，并介绍国际海洋十年计划：“冷泉生态系统”的构思》（钱培元）。 

座席讨论专家：王大志，陈楠生，吕颂辉，黄力

自由发言：与会专家、代表

包振民：我和钱局长主持高端沙龙的第二个议题：深海冷泉化能生态系统与生命演化。该议题将重点讨论深海冷泉共生体系特征、化能生态系统结构与生产功能，冷泉生物圈演化及其生命过程关键物质的传递模式与通量。 

目前，这是国内外关注的一个热点问题，它的研究现状及其发展趋势，以及下一步发展规划，值得大家思考；特别是上午张偲院士和几位专家介绍了在冷泉大装置以及冷泉区环境研究进展的前提下，围绕生命的过程和演化应该开展哪些重要领域研究，值得大家进一步思考与讨论。

现在开始主题报告，第一位报告人为中国科学院南海海洋研究所所长李超伦研究员，报告的题目是《深海冷泉生态系统：科学问题与研究展望》。

李超伦研究员现任中国科学院南海海洋研究所所长。国家高层次人才特殊支持计划领军人才入选者和国家创新人才推进计划重点领域创新团队负责人；先后获中国科学院杰出科技成就奖（集体）、国家海洋工程科技奖特等奖、山东省自然科学二等奖、海洋科学技术一等奖等，享受国务院政府特殊津贴。

李超伦作邀请报告《深海冷泉生态系统：科学问题与研究展望》【附件9】：首先对包院士的介绍表示感谢，也非常高兴有这个机会跟大家共同来研讨关于深海冷泉生态系统的一些进展。这也是黄书记当时布置的命题作文，根据“深海冷泉生态系统与生命过程”沙龙的主题，除了与大家共同来研讨关于深海冷泉生态系统的一些进展外，还会探讨该领域存在的科学问题及其研究展望。

摘要：深海化能生态系统的发现被认为是上个世纪自然科学的一个重要发现，改变了人类对深海生态系统的固有思维。在1983年，科研工作者首次发现了冷泉生态系统，随后产生了一系列基础科学问题，包括冷泉生态系统中的生物多样性、生物连通性、生命过程及其相互作用、人类活动对其产生的影响、生物适应该生态系统的关键基因/蛋白的功能等。本报告首先介绍了冷泉生态系统生物多样性方面的研究进展，阐释了冷泉生态系统中共生多细胞生物环境适应机制，揭示了热液/冷泉生态系统构建与维持机制。基于目前研究进展，对未来研究进行展望：1）宏生物化能共生体系构建与运转机制；2）多样性形成与演化机制；3）深海化能营养宏生物生产力与生物要素地化循环的耦联；4）冷泉生物多样性监测、评估与保护策略；5）发展深海冷泉原位探测技术和实验平台。

一、 深海化能生态系统

深海化能生态系统的发现被认为是上个世纪自然科学的一个重要发现，当时Science宣布的125个重大科学问题中就涉及到深海化能生态系统的生命起源；同时也作为100个重大科学发现之一。深海化能生态系统真正的发现，是1977年Alvin号深潜器下潜至东太平洋加拉帕哥斯海脊区约2500米深处，首次发现深海热液生物群；在1983年发现了冷泉生态系统。深海化能生态系统的发现改变了人类对深海生态系统的固有思维（图1）。

图1 深海化能生态系统特征

首先，表现在生物量方面。原来说万物生长靠太阳；而在深海中，假设它的有机物、能量均来源于光合作用合成的有机物，但由于大洋中沉降物中不到1%的有机物能沉降到深海底中，所以人们通常认为深海是一个生物的荒漠；但实际上，在南海F点冷泉局部的生物量高达55kg/m2；即使相对于近海来说，依然是个高生物量区，所以在局部区域并不是生物荒漠。

其次，表现在生物多样性方面。众所周知，深海的环境比较稳定，通常认为在深海虽然生物稀少，但是深海的生物多样性是很高的。在化能生态系统营造的特殊环境中，它的生物多样性特别低，由一些超丰富的本地物种组成。比如，南海F冷泉物种数最新统计是53种，其中10种为新种/新纪录种。传统认为，在深海生境中由于其长期稳定的环境，导致生物按照传统的生物演化进程，它可以演化成不同物种，其生物多样性一般会比较高；实际上在这些区域中，其实是一些低生物多样性生成的生态系统。

再者，表现在生物的生长速率方面。因为深海是低温区，一般的真光层以下温度急剧下降，在深海里通常只有3-6℃，在如此低温的环境中，通常生物的生长是十分缓慢的；但在化能生态系统中，以巨管虫为例，其长度接近2米，并且它每年的生长速度可以达到85公分，成为地球上增长最快的无脊椎动物之一。即使在4-6℃低温环境中，生物可以快速生长，这跟我们传统认为在深海环境中，由于温度低、导致生物生长代谢慢的观点不同；因此，针对深海生物生长缓慢来说，又是一个颠覆性的认识。深海化能生态系统的发现，除了改变了人们的万物生长靠太阳的认知，无论在它的生命过程，它的生态系统的结构、生态系统的运转方式或者能量传递效率等方面，都改变了我们对深海，甚至对整个海洋生命系统的一些传统认识。

化能生态系统在海洋中是广泛分布的，通常以化学还原化合物为基础。只要存在化学还原化合物(通常是CH4和H2S中的一种或两种最重要)，微生物活性也会增强。这些微生物群可能以自由生活的形式存在，或与更大的多细胞生物共生。在所有情况下，这些微生物介导化学能合成有机物，以促进种群密集的生态系统的发展。例如：热液、冷泉、鲸落、沉木等。   

二、 深海冷泉系统

冷泉(有时亦称为冷渗)，指的是海底出现硫化氢、甲烷和其他富含碳氢化合物的流体发生渗漏的区域。此处所谓的 “冷”，并非指渗漏流体的温度低于周围海水，而是相较于温度较高的热液喷口而言。针对冷泉生态系统，后续研究认为，凡是海底存在还原性物质发生渗漏的区域，均可称之为冷泉系统。

冷泉通常发生在活动的大陆板块边缘，主要是大陆板块与大洋板块之间交汇带，简言之，就是板块交汇的地方（Schoell and von Huene, 2007; Suess, 2010）；再就是发生在一些被动的大陆边缘区域（Suess, 2014）。截至目前，在已发现的冷泉中，位于活动大陆边缘的冷泉占据了主要部分（Suess, 2018；图2）。随着冷泉研究的不断深入，新的冷泉不断被发现，因此，冷泉在全球的具体数量仍是未知数，但可以确定的是，冷泉在世界范围内广泛分布。

图2 全球深海冷泉分布（引自Suess, 2018）

三、 基础科学问题

冷泉作为一个化能生态系统，尤其处于低氧、低温、黑暗的极端环境中，引发了一系列基础科学问题，其一，探究冷泉区域的生物种类，即生物多样性；其二，研究生物在该环境下的生存机制，即生物适应性；其三，追溯生物在冷泉环境中的起源时间，以及其适应环境的生存历程。总体而言，研究范畴涵盖生物多样性、生物连通性、生命过程、生物间相互作用、人类活动的影响，以及关键基因/蛋白的功能鉴定。

3.1 生物多样性

深海冷泉呈现出较低的生物多样性。目前已报道冷泉宏生物600多种(German et al., 2011)。该数据源于2000-2010年的全球海洋生物普查计划，这是迄今为止针对全球海洋生物多样性调查最为系统的国际调查项目，其中包括专门针对化能生态系统的调查子计划。经过十年调查，至2010年，即在冷泉发现近30年后，报道冷泉宏生物有600多种。然而，依据中国科学院海洋所研究团队于2015-2016年间对南海F冷泉做的调查结果显示，在F冷泉区发现了41种生物/类群，其中10种是先前报道的600余种之外的，是新种或者是在南海的新纪录种。同时，中国海洋大学孙进教授研究团队针对海马冷泉展开研究，通过形态学，结合DNA分子标记进行分类，在海马冷泉发现了65种，其中35种仅存在海马冷泉。在完成首次海马冷泉调查5年后，孙进教授团队再次开展调查，依然有30个新种在这里发现。鉴于此，随着调查的不断深入，我们对冷泉物种多样性的认知不断深化，同时也暴露出当前调查工作存在不足之处。尽管物种多样性调查是一项基础性工作，但对于此类特殊生境而言，仍有诸多新物种及新生命形式有待发现。

3.2 共生—多细胞动物的环境适应

以大型生物为例，此类大型生物都是厌氧的，要在此生境中生活，第一点是要有能量和营养来源，因此获取营养是它维持生存的一个重要基础。与常规生物不同，这类大型生物体内存在共生微生物，这成为多细胞生物适应冷泉环境，实现快速生长、繁殖与发育，并在此环境中形成生物绿洲的关键因素。

以南海F冷泉两个优势种潜铠虾和深海贻贝为例，二者虽均通过共生获取主要营养，但其共生方式是不一样的。借助电镜观察发现，潜铠虾的体表及颚足的软毛上附着有外共生菌，相当于把“粮食”携带于体表上；而深海贻贝则拥有内共生菌，这些内共生菌主要存在于它的鳃丝部位（图3）。对深海贻贝鳃丝切片进行荧光原位杂交(FISH)染色后，可清晰观察到其表层存在大量富含共生菌的细胞，由此推断其共生过程在细胞内完成。经鉴定，这些细胞内的共生菌为甲烷氧化菌。深海贻贝利用鳃丝摄取水体中的甲烷，并借助甲烷氧化菌合成自身所需的营养物质，即通过共生方式获取营养物质。通过生物标志物进行原位观测与计数，结果表明单只贻贝共生菌的数量能达到1010 -1012的数量级。采用原位同位素标记技术，为其添加标记物，进而估算其原位化能合成效率；以贻贝为例，结果显示90%的营养来自于化能合成的有机物，从合成效率计算，该数值处于5%-15%之间。相较之下，地球上自然界光合作用效率约为3%。由此可见，在低温环境下，多细胞动物通过共生能够有效地利用化能合成细菌，提高它的营养获得效率。

图3 潜凯虾和深海贻贝不同共生方式

多细胞动物为了适应深海冷泉的极端环境，演化出互利共赢的物质获取与物质传递模式。以美国墨西哥湾冷泉调查的结果为例，该区域除了潜铠虾、贻贝之外，还有很多软壳类、甲壳类生物，以及部分双壳类和管虫。这些生物为实现共生，不仅在体表携带外共生菌，或者在鳃丝中含有内共生菌，还会用不同的方式进行物质获取或传递。例如深海偏顶蛤主要附着在碳酸盐岩石上生长，其生存依赖于获取还原性物质以合成有机物。为达成这一目的，深海偏顶蛤的斧足发生特化，可以达到50公分，从而深入底层获取水层下方的还原性物质。而巨管虫的体型特别长，这一形态特征使其从水底伸出的附肢能以更大的表面积获取水体中的还原性物质。为适应共生关系，助力共生菌获取更多还原性物质，作为宿主的巨管虫形成了特化的营养体结构。同样，人们对它们的相互作用，例如如何获得营养，也获得了很多新的认识；但是不同物种存在一定的种间差异性。目前来说主要是：第一种方式为Farming，即宿主溶酶体介导的胞内消化作用；第二个方式为Milking，即共生菌主动分泌特定有机物；第三种为Outer membrane vesicle，即共生菌主动释放外膜囊泡运输有机物；第四种方式为Epithelial shedding，即宿主（主动）剥离并利用肠道消化含菌细胞。

冷泉多细胞生物作为宿主，为了获得营养特化了很多有趣的生物学特征，来实现互利共赢的物质传递。以潜铠虾为例，潜铠虾不断地摆动，在其身体周围形成一个小型水体湍流。日本科研工作者以墨汁做示踪剂，在其周边滴加墨汁后发现，所有示踪的水流都会经过它的腹部。由于潜铠虾的腹部体表纤毛最为丰富，水流流经腹部有利于将周边水体不断泵吸过来，水体中含有的还原性物质为其外部附着的共生菌提供了更多养分，有利于共生菌的繁殖与生长；同时，潜铠虾通过摄食这些共生菌获取营养。

我们后来发现它附着的这些外共生菌不是单一的物种，不像内共生菌通常是硫氧化菌或者甲烷化菌或者两种菌共同的。相对来说，内共生菌通常是单种或两种；然而，体表共生菌更为复杂，其好处是它通过不同共生菌相互作用，一方面是有利于它们对不同还原性物质的氧化还原获得更多的营养，同时这种相互作用也有利于帮助宿主能够适应这些低氧，甚至适应硫化氢、高浓度金属离子这种毒性物质的解毒过程。

共生关系至关重要，关于共生菌在子代与母代之间的传递方式，目前已知主要有两种：一种是垂直传递，即受精卵带有母体的共生菌，直接把菌种传下来，但是目前发现以这种方式的相对较少，只有两个科有发现这种共生菌来源于卵细胞，即囊螂科(Vesicomyidae)和蛏螂科(Solemyidae) (Endow et al, 1990; Cary, 1994; Krueger et al, 1996)。大多数情况下为水平传递，即生物在生长发育过程中从环境中重新获取共生菌（图4），例如深海偏顶蛤（图5）。对不同发育阶段深海偏顶蛤的共生菌检测显示，其浮游幼虫里面并没有共生菌，而在它的附着过程中却检测到了共生菌。虽未完成整个生活史培养难以明确共生的具体发生阶段，但至少在附着幼体中已发现共生菌。鉴于在各种浮游幼虫中均未发现共生菌，可认为深海偏顶蛤主要以水平传递作为共生菌的繁殖方向。。

以贻贝来说，在其幼虫阶段获取共生菌后，研究发现共生菌不仅存在于鳃丝，在外套膜、斧足中也有分布。随着贻贝发育为成贝，共生菌逐渐聚集于鳃丝。国内科学家针对共生菌在贻贝生长过程中的演化及聚集现象开展研究，发现鳃丝在演化过程中通过不同组织的协作分工，以及它们之间有支持细胞，由含菌细胞、纤毛细胞分工合作，从而形成一个微生物菌，来维持它的工程体系能够稳定在它的鳃组织中存活，而其他的逐渐就退化了。简言之，宿主、共生菌在组织、细胞及分子水平协同作用，共同建立和维系高效深海冷泉化能共生体系“微环境”。

图4 垂直传递与水平传递示意图

图5 深海偏顶蛤共生关系的建立和维持

3.3 热液/冷泉生态系统构建与维持

共生是非常重要的，在大型生物的生态系统中，不仅物种自身需适应环境，生态系统在空间分布层面的维持机制也至关重要。目前通过调查，相对热液口来说，它是环状分布，但是相对冷渗口，就是相对冷泉来说，也是通常围着冷渗点一个环状的分布，并且通常在开始的时候，最早的喷发过程中肯定以菌膜作为先发种，有营养物质以后就会有一些建群种进去，基本遵循细菌—多毛类—管状蠕虫—贻贝、铠甲虾、蛤、阿尔文虾—蟹、鱼、章鱼。微生物首先应环境条件的改变而改变；进而影响大型生物的群落结构；Alviniconcha和Ifremeria属的螺是先锋和亚先锋物种。而贻贝在喷口消亡后成为优势物种，并能持续更长时间，最终被其他常规深海群落所替代。目前，唯一有报道的，是在一处新发生的热液区域。最初研究人员追踪到整个热液生态系统的演变过程，最早他们认为是在蛤类和甲壳类先发现的。但是最近我们在南海新发现一个冷泉喷口，调查航次开始初期，基本看不到任何大型生物；一年后，在底表依然看不到，但是在周边50公分之内，有大量的建群种，就是海稚虫。海稚虫属于多毛类，作为建群种，其来源、对环境的适应机制以及在冷泉生态系统形成演变过程中的作用，仍存在诸多科学问题有待解决。海稚虫定殖后，通过管吸作用将上层海水向下输送，带入氧气，为其他生物在该环境中的生存和入侵创造有利条件。

提及生态系统构建与维持，必然会涉及种群/群落连通性。关于生物是从哪来的，现在依然有很多待解之谜。F冷泉与冲绳海槽相差1500公里，就距离而言，相对于海马，它是远的，但是F冷泉的种群结构跟冲绳海槽更为接近，这个结构跟海马冷泉即使离得这么近的地方，它们的物种依然存在很大的差异。如前所述，这35种生物中，一半以上属于海马冷泉特有种，就是与F冷泉不一样（图6）。因此，这个连通性到底哪来，怎么定殖？目前学者提了很多假设，但许多假设还有待于我们新的方法、新的技术去进一步验证。

图6 不同地理位置冷泉物种比较

另外，从更长久来说，冷泉生物从哪里起源，现在国际上也提出了很多观点。目前大家共同认可的观点，认为主要是随着浅海入侵到深海。比如深海贻贝，在贻贝中处于进化树的末端，支持现存的冷泉、热液Bathymodiolus spp.是从近海入侵到深海。但是它整个在海洋里是哪里起源，到底是怎么扩布的，跟它的连通性有关，存在很多的争议。另外一个观点是认为东太平洋起源扩布的，研究者认为阿尔文虾起源于西太平洋的弧后盆地，先后于3.80百万年和8.84百万年入侵到大西洋，并于2.85百万年入侵到东太平洋。由于调查的不足，现在对于整个生物地理－全球的分布或者起源演化来说依然存在很多的疑问，需要我们进一步解决。

四、 未来研究展望

第一方面是宏生物化能共生体系构建与运转机制。与化能微生物共生是化能营养宏生物适应热液、冷泉环境的最为重要机制之一，也是生物进化、演化的重要驱动力。不同区系动物与化能合成细菌形成的独特的共生关系；组织、细胞、以及基因水平上共生关系的建立过程和维持机制；共生互作在热液、冷泉生物进化中的功能作用，这些都是核心的问题。

第二方面是深海冷泉生物多样性形成与维持机制。目前存在很多的争议，需要进一步理清，包括动物的生物地理分布格局与系统演化，宏生物超远距离扩散过程与驱动机制，群落与种群在不同空间尺度上的连通性，这些依然是我们下一步需要关注的重要科学问题。

第三方面是深海化能营养宏生物生产力与生物要素地化循环的耦联。冷泉是地球内部与海水物质能量交换的窗口，其共生体系的化能合成作用在海底碳氮硫等生源要素生物地球化学循环中起着重要的调控作用。后续需重点关注宏生物化能共生体系的固碳效率及其调控机制，冷泉复杂生物地貌形成过程及其对海底流体的通量变化的影响，以及综合评估宏生物在地球内部与水体之间生源要素地化循环中的功能作用。

第四方面是冷泉生物多样性监测、评估与保护策略。冷泉既是深海生物多样性研究的热点区域，同时也是可燃冰等资源富集区。重点关注关键生物类群对全球气候变化和人类活动的响应差异，主要生物类群对变化要素的影响阈值，生物多样性保护的监测指标体系和风险评估体系等。

第五方面发展深海冷泉原位探测技术和实验平台。近海提出了很多的保护策略、评价基准，现在深海这方面也亟待围绕它的影响，特别是开发的保护策略进一步研究；但所有问题的解决需要平台，需要从亚细胞的水平、原位的水平，特别是需要从过程的水平。因为生命过程是一个动态演化的过程，必须在原位长时间地监测，围绕过程研究才能揭示它的机理。

参考文献（略）

包振民：谢谢李超伦所长的精彩报告。接下来，请香港科技大学钱培元教授作《深海冷泉生命物质与共生体系基因组学研究》主题报告。

钱培元是香港科技大学捷成David von Hansemann理学教授，生命科学学部讲座教授，海洋科學创糸主任。现兼任南方海洋科學与工程广东省实验室副主任和省实验室香港分部主任。曾获国家自然科学奖二等奖、國家海洋局科技進步一等奖、广东省自然科学奖一等奖、中国海洋工程协会一等奖、日内瓦49届国际发明金奖等。下面大家以热烈掌声欢迎钱培元教授给我们演讲。

钱培元作邀请报告《深海冷泉生命物质与共生体系基因组学研究》【附件10】：很高兴有机会应邀参加这次高端沙龙，我的报告主要是讲一讲关于组学在研究冷泉生态系统中，尤其是共生关系方面的进展。同时也顺便向大家介绍我们正在推动的联合国海洋十年-冷泉国际合作大计划，所以我今天的报告会比较简练，刚才超伦所长关于冷泉生态系统的介绍非常详实，这为我后面的汇打下了很好的基础。

摘要：化能生态系统是20世纪海洋科学的一个重大科学发现。化能合成细菌是化能生态系统的初级生产力。针对深海共生体系，主要聚焦以下几个科学问题：（1）动物将共生菌保留在何处？（2）动物是如何选择其共生菌？（3）共生菌与宿主是如何合作？（4）共生菌与宿主的适应与演化、进化？深海极端环境组学为我们提供了强有力的手段，组学研究对深海生命科学所带来的重大突破：（1）组学研究增进对深海共生体系的解读；（2）解码深海动物和微生物基因组；（3）揭示深海冷泉与热液动物的基因流、源与汇；（4）组学研究发现深海动物产生的毒素是极为有效的镇痛剂。总之，组学改变了人类对海洋生物适应深海极端环境的认知；同时，组学在深海研究中的也存在严重局限性，尤其存在一些具挑战性的技术问题。

化能生态系统是20世纪海洋科学的一个重大科学发现。在化能生态系统中，我们发现它有共生的细菌与它的宿主，也就是宏生物、大型生物，形成了一个互利共生的、非常紧密的关系。针对深海共生体系，主要聚焦以下几个科学问题：（1）动物将共生菌保留在何处？（2）动物是如何选择其共生菌？（3）共生菌与宿主是如何合作？（4）共生菌与宿主的适应与演化、进化？深海极端环境组学为我们提供了强有力的手段，也可以成为组学的高光年代。组学研究对深海生命科学所带来的重大突破。

一、组学研究增进对深海共生体系的解读

1.1 共生菌的所在之处

共生菌可以发现在动物的鳃丝上，可以在体表里，可以在鳃的组织里，但是不同的动物共生菌所处的位置完全不同，有的是在相对外围的组织，有的在它消化道的消化腺里，可见不同的动物保留共生菌的部位和存在方式完全不一样（图1）。不同的动物所含有的共生菌的数量也不一样，它是可以变的，包括种类和数量，而不是以前认为的就这么一种生物。

图1 共生菌存在方式

1.2 共生菌的传递

传递有横向的、有水平的、有纵向的，这是大家共同认知的，也有很多的数据证实；但是，还有一种是混合型的，也就是说，一个大型生物可以获得共生菌，通过水平传递和纵向传递这两个过程（图2）。应用组学与荧光原位杂交技术分析，发现深海共生体系中共生菌的横向传递与纵向传递并存，则借助组学的手段和荧光标记多种手段，才可证明混合性的存在，这对科学上来说是一大进步。

图2 共生菌的传递方式 

1.3 共生菌横向传递的可塑性

宏基因组与宏转录组学研究发现，深海共生体系中共生菌的横向传递因环境变化和宿主遗传特征而变化。；共生菌的横向传递过程，受环境条件影响可以发生变化。不同的群落获得的所谓的共生菌的方法是在变的（图3）。

1.4 组学分析揭示深海共生体系中共生菌因环境变化而发生分化

研究发现，共生菌因所处的环境条件而异，同一个物种在不同的环境条件下，它获得的共生菌的基因，即它本身的基因组不一定相同，同一个细菌可以是完全不同的菌株，这些菌株基因的表达、调控完全可以不同，这让我们的认识从一个静态的到一个动态的跨越。

图3 深海共生体系中共生菌因环境变化而发生分化

1.5 组学分析揭示了深海动物的变化导致共生菌的遗传多样化

不同区域的冷泉生物呈现不同的表型特征，例如共生菌的差异，其内在调控机制尚不清楚。动物本身的遗传结构可以影响共生菌的遗传多样性和它的活性，这方面的研究刚刚开始，还有很多工作需要我们去做。

此外，单细胞组学结合荧光原位杂交技术分析，揭示了共生菌的形态多样化、功能多样性，同时也揭示了宿主与共生菌互作的微生态灶、功能变化等（图4）。在同一个生物里处于不同的位置，它的共生菌可以有不同的表现型，其生态功能是完全不一样的。共生菌和大型生物相互作用之间的关系已经达到了亚细胞的水平，说明同一个生物个体里，处于不同位置的共生菌的生态功能或者生物合成途径或者它的作用是完全不一样的，微生境造成了完全不一样的共生菌的群落。

图4 宿主与共生菌互作关系

二、解码深海动物和微生物基因组

2.1增进对深海生物适应机制的认知

首个深海动物的基因组是深海贻贝基因组（图5，Sun et al., 2017）。通过基因组的破译，我们可以了解大型生物与微生物之间到底是怎么互利共生，它的适应机理如何。这方面现在随着更多基因组的解析，可获得的资料越来越多，将促使这方面的研究进展加快。 

图5 深海贻贝的适应机制

2.2 阐释了深海冷泉与热液动物全基因组甲基化―亚分子水平的适应机制、演化、进化

如何研究亚分子水平的变化？比如DNA甲基化，不同的动物在不同的环境条件下，它的基因组甲基化会发生改变，也就是说环境对动物、共生体系产生了很大的影响。

2.3 揭示了深海共生体系中动物与共生菌在营养供给方面的依存关系

如何解析共生菌与它的大型宿主之间的营养关系？共生总基因组（Hologenome）是目前唯一可以用来回答此类问题的途径（图6）。通过解析共生菌的基因组和宏生物的基因组，结合新陈代谢途径的分析和对比，可以知道共生菌能生产什么，大型生物能生产什么，大型生物、微生物的生产能力如何？通过深入分析研究，了解它们之间真正的互作关系，并进一步认识它的相互作用、适应机制等。

图6  利用Hologenome解析营养供给关系

2.4 发现不同地理种群的深海动物中共生菌新陈代谢具有多样化和可塑性

通过前期的研究，人们了解到共生菌代谢方面的可塑性（图7），随着环境条件的变化，不同的位置，不同的宿主，其新陈代谢是变化的，但这些研究尚需宏基因组、转录组方面的数据支撑。

图7 不同地理种群深海动物中共生菌的新陈代谢多样化和可塑性

2.5 解析了群体连通性与深海生态系统保育

群体连通性是指生活于不同生境或生态系统的生物群体交换个体。群体连通伴随不同群体个体间的等位基因交流（Gene flow），可能影响深海种群间扩散、定居，与群体连通性的潜在物理 (水动力学、深度) 与生物 (繁殖、幼虫行为、沉降) 因素。研究种群连通性，一个方法是从幼虫的分布扩散角度直接着手，但是在深海里采集、收集到大型动物的幼虫非常困难，到目前为止，还没有很好的成果。另外就是利用种群遗传学的手段，分析它的种群结构，通过这样的方法来研究种群连通性。

三、深海冷泉与热液动物的基因流、源与汇-区域性环境管理计划的工具

我们分析了南海冷泉和冲绳海槽的冷泉与热液之间的关系，以此了解物种分布的“源”和“汇”，为将来生态保护区的建立提供基础资料。通过该研究，可以明确南海哪个冷泉可以开发，哪个冷泉不能开发；通过这样的方法来指导我们今后区域性环境管理。

同时我们还从种群连通性角度探讨物种跨洋中脊的分布格局（图8），原来这些物种已被列入国际的濒危物种名录；但根据我们的研究，发现这些物种的基因流还是很强的，不应该列在濒危物种名单上，完全可以取消。

图8 物种跨洋中脊的分布格局

四、深海动物产生的毒素

组学研究发现，深海动物产生的毒素是极为有效的镇痛剂，Olivera Toto教授从深海的海螺里发现一种毒素，这种毒素现在是市场上最好的止痛、镇痛药，它的药效是咖啡的2000倍。目前，这种止痛药只允许给只能活20天、30天的癌症病人使用，因为它的效果、效力太强。

五、总结与展望：

1.组学改变了我们对海洋生物适应深海极端环境的认知，主要体现在：

（1）冷泉共生体系存在的形式、形成方式、维系、机理、功能等方面取得重大突破，发现共生体系在深海冷泉生态系统中和全球碳循环中发挥着重要作用；

（2）重视生物多样性－新的生命形式和模式；重建宿主和內共生体的生物合成途径；

（3）进一步了解深海生物在分子層次（DNA、mRNA、蛋白質、代謝物）的适应性； 

（4）加强原位实验探索深海冷泉生物与环境关系；

（5）深海生物个体与种群的遗传结构和变异信息可作为重要的管理工具；

2.组学在深海研究中也有严重的局限性：

（1）采样不足和不当，深海环境组学信息有限；

（2）组学含义的局限性，以及未知的变异性；

（3）组学数据难以验证；

（4）缺乏深海动物生物学的基本知识。

3.深海组学研究中最具挑战性的技术问题，主要包括：

（1）用于组学研究的生物样品原位制备技术；

（2）更好的深海生物蛋白质提取、纯化、测序、结构分析和定量技术；

（3）更可靠的参考基因组组装技术（特别是对于不可培养的内共生体）

（4）更可靠的时空组学和单细胞组学技术；

（5）更好的生物信息分析工具；

（6）深海生物分离培养技术（日本课题组耗时12年培养单一深海微生物物种）

（7）原位实验和原位、实时、长期环境数据采集技术。

参考文献（略）

包振民：两位主题报告的专家给我们作了非常精彩的演讲，一个从生态宏观的角度，另外一个从组学微观的角度，介绍了深海化能生态系统的生命特征，共生系统的结构和功能，以及整个能量传递相互的关系，包括这个系统在生命演化过程中的一些组学特点，给我们非常大的启发，对我们认识生命的本质很有意义。我认为生命的本质主要是能量和信息，在这个小的共生体系，特别是冷泉体系，它的产生等都是有一定的偶然性；从这个过程来讲整个能量的结构，为什么这个生命体从这里来看不是独立的，个体、群体和生态是怎么通过信息、通过能量组合成这么一个体系，这对我们理解生命本质是非常重要的，它也为我们探讨地球生物化学循环途径，地球是怎样来的，提出了非常好的问题。同时，环境与生命之间相互作用，以及生命演化的机制，两位专家报告提出的问题都值得我们深刻思考。

对于冷泉、共生、化能系统来讲，我们了解的不多，刚刚揭开其面纱，还有很多奥妙、秘密目前尚不知道，需要进一步探索。

由于时间关系，先休息10分钟，接着由钱局长主持更精彩的座席讨论。       

钱宏林：现在是进行座席讨论环节，有请下午作报告的两位专家，李超伦所长、钱培元教授；还有座席专家：厦门大学王大志教授，中国科学院海洋研究所陈楠生研究员，暨南大学吕颂辉教授，中国科学院微生物研究所黄力研究员，请六位专家上台就座。

我们现在请各位专家聚焦深海冷泉化能生态系统与生命演化科学问题发表意见、建议，有请黄力教授先开始。

黄力：参加这样的会，觉得有点离开了我的熟悉圈，因为我是来自中国科学院微生物研究所，主要是研究陆地上的微生物，到了本世纪初，有一件事情对我们触动很大，就是发现了厌氧甲烷氧化，后来又有氨氧化细菌、氨氧化古菌，包括奇古菌功能的发现，对我们当时影响是非常大的。

我印象很深的是微生物所每年要开学术研讨会，在2002年的研讨会上，我们策划了一个项目，叫做微生物地球，由于种种原因没有得到支持。到了2016年，列入国家基金委重大研究计划，叫做水圈微生物，研究江河湖海的微生物在地球元素循环中的作用，从那时开始，我跟海洋或者跟海洋的一些特殊生境有了接触。刚才培元的报告，还有超伦的报告给了我很多启发。现在国际上认为陆海交汇区是非常重要的，所以把两件事情结合起来做，更大的想法是引入大数据和AI，构建比如水圈的系统模型，包括特殊生境的系统模型，科学上需要完成所有的组学研究，通过其他相关的Meta数据分析之后，建立一个模型。

我在考虑，冷泉有一定的规律可循，相对稳定、相对孤立，是不是可以产生模型？这个模型比如通过刚才培元介绍的海洋十年的计划，这个模型可以去解释很多不同冷泉的行为，预测它将来的发展，并且能够了解比如人为的因素会造成什么样的后果，就是把模型作为我们下一步考虑的重点。将来能不能引入大数据、AI，以模型作为出口，刚才钱培元教授介绍了组学时代给出了大量的数据，现在还有大量的Meta数据做支撑，我特别希望和大家共同来策划一项重大研究计划，形成地球科学、生命科学，再加上计算科学、大数据等的交叉，能够形成更好的研究结果。

钱宏林：讲得很好，我有一个想法，冷泉系统大量厌氧的微生物生长所需的有机碳是怎么来的？    

黄力：这个问题提的好，早上吴老师报告讲了，碳源相对还好理解，甲烷也可以作为碳源，我其实在想另外一个问题，就是它的氮源，还有硫，因为生物体碳氮比是非常重要的，它有一定的比例，碳有了，氮没有的话，其生长就被限制了，变成了一个limiting factor，氮从哪来呢？

广东工业大学冯老师曾用他的模拟装置去分离冷泉的微生物时，得到了两株固氮菌；今天早上有位老师也说到固氮菌，所以我觉得这可能可以解释氮的来源问题，当然还有许多细节需要我们深入研究。我特别兴奋的是张院士有那个大装置，我们可以去做一些尝试，刚才讲的这些问题，就是可以用这个装置来探索。

还有一个问题，刚才培元也提到的，就是病毒，刚才他讲的是感染人，比如感染动物的那些病毒，其实还有同样重要的病毒是感染微生物的，叫微生物病毒，就是感染细菌、古菌的病毒，虽然现在有许多组学的研究，但很少有人能得到培养物，其结论都是推测的，还需要生物学验证才行。

最近我看到青岛海洋所孙超岷做了一株噬菌体，它是在冷泉菌里的一个噬菌体，这个噬菌体带了一个功能给其宿主－细菌，使这个菌有不同的行为，这是一个例子。但目前很少有这个系统让你做这类研究，我们有很多序列分析，知道有这个病毒存在，但实际上没有拿到它，你没有把它放到实验室来做病毒和它的宿主相互作用实验，你就不知道它到底有什么样的生理、生态功能，这方面还有其他许多类似的问题，有了大装置之后会方便很多。

钱宏林：下面请王大志教授发表意见。    

王大志：这次应黄书记的邀请来参加这个沙龙活动，其实我有点诚惶诚恐，因为我研究的主要是深海的海洋生物、微生物，以前没有接触过冷泉。

现在有张院士的大装置，钱教授又在推动全球性的冷泉大计划，假如这两者能够有机地结合起来，开展更加深入的冷泉研究，发表一些高水平的或者具有突破性的成果是完全有可能的。下面谈谈我的几点建议。

第一点，我在思考，目前我们是不是非得去开发冷泉里的甲烷？刚才培元教授也讲了，冷泉资源开发我们一定要小心谨慎，要把一些可能预料到的环境、生态方面的问题，预先进行预判。我个人认为，冷泉是一个特殊系统，更多的是从生命起源角度，这可能是我们研究冷源生态系统一个主要立足点，这是我的第一点想法。

第二点，刚才超伦所长也讲了连通性、生物来源等等，其实非常有意思，我们就谈双壳类，他刚才讲了贝类，你想一想在我们的印象中贝类是吃什么的？吃藻类的，它是通过吃绿色藻类进行生长繁殖；在深海，它不是吃藻类的，它是由共生菌提供物质能量，那么它们是怎么进化的？如何去适应环境？到底哪些组织器官发生了大的变化，这就是生命的演化过程，我觉得是非常好的课题选择，可能在座的各位年轻人需要认真思考，这里有很多进化学的问题，有演化的问题，再就是维持的问题，我觉得这也是非常好的一个选题。

第三点，关于管虫的问题，刚才超伦也大概讲了一下，是为了获得更多的甲烷，供它的生长繁殖，也为它的共生体提供更多的甲烷。它为什么长那么长？大家知道甲烷从释放出来的时候，它的气泡是越来越大的，变大了以后，从获取的角度来说相对容易一些，所以它的整个生长发育是跟其环境密切相关的，我们如何把环境的影响跟生物本身的进化有机地结合起来？我想这也是非常好的选题方向，大家可能在未来的冷泉生态系统研究中需要考虑的。

第四点，关于新的生命形式，刚才黄力教授也讲到了固氮菌，在前几个月《Science》发表了一篇文章，作者说海洋中，尤其氮的来源不知道，缺失的这一部分，哪来的？通过研究，发现是一种硅藻把固氮菌同化进去以后，把它形成一个细胞器了，成为硅藻自身的一部分，而不是共生的形成。因此，在冷泉生物里，我觉得除了共生的以外，还要看有没有新的生命形式，是不是在进化过程中形成了新的细胞器、新的生命形式，因为这样它的效率更高，共生的话还存在相互传递的作用，细胞器直接就发挥作用了，所以这点也是在未来的研究中要考虑的，就是新的生命形式，为我们未来探求外行星是否产生新的生命提供思路。

第五点，关于生物地球化学，大家讲了很多铁、锰，其实我团队成员的研究就发现甲烷氧化菌把铁和锰作为电子传递的重要方式，提高它的甲烷氧化效率；我想在整个冷泉系统里一定是生物和化学元素的有机耦合，提高甲烷的利用效率，这点从学科交叉的角度要考虑一下，如何把生物学、生态学和生物地球化学、元素循环有机地耦合到一起，可能对解释冷泉系统的维持会有更大的帮助。

第六点，关于环境组学，这个技术我觉得是目前做所有生物学的人或者生态学的人不可或缺的，但是我觉得应该把一些新的技术引进来，现在很多的技术在生物医学、矿物学、地矿学都有很多的技术，比如冷冻电镜，还有一些染色的方法等等。因为前段时间我与地球研究所合作，他们可以把整个生物体中元素的分布弄得非常清楚，可以看到很细微的结构，我们研究冷泉的管虫完全可以用这种方法来做，看它在不同环境中的分布、微生物的分布、元素的分布等等；新的技术一定会带来新的突破，这是毋庸置疑的。对于冷泉生命系统研究，我想中国应该起引领作用，在国家的支持下，加大力度进行深入探索。

钱宏林：冷泉系统渗漏的强度和海平面上升有没有关系？如果有关联，那就是全球性的，是不是这样来理解？现在请暨南大学吕颂辉教授发表意见。    

吕颂辉：首先谢谢黄良民书记和南海海洋所组织了这么一个非常好的高端沙龙，实际上我跟王大志老师讲的一样，我坐在这里也是诚惶诚恐，从上午到下午认认真真听了每一个报告，因为我是研究藻类的，是制氧生物。

通常认为，万物生长靠太阳，地球上生物的进化，从原核到真核，从制氧生物到异养生物的进化过程。从今天讲的，看来万物生长不一定非要靠太阳，不用担忧哪一天太阳永远没有了，这个地球就没有生命了。假如我们不是回到冰期，化能合成生态系统也不是第一次听，但像今天这样，以冷泉生态系统为典型案例，我今天是听得最系统的一次。

作为生态系统，李所讲得很完整，生物的组成是什么，它靠什么生存，它们之间相互是什么关系，它的生物连通性怎么样，它在这个生态系统里有什么功能。冷泉生态系统大概是2000米的深度，处于高压、无光环境，采样、研究难度很大，我承认目前有很多进展，对生物多样性可能了解得比较多，已经有几百种生物，但这可能是所有冷泉生态系统加起来的数量，比地表的还差得太远。

海马冷泉，我看到孙进的文章报道65种，从生态系统角度，还是比较少的；现在做的主要是种类多样性，对于种间关系，大部分做的是宿主和寄生的微生物之间的关系，如果我们讲系统，不同的物种之间存不存在物质交换的关系？比如摄食和被摄食的关系，还是所有的物种都是单个宿主和微生物之间的关系？如果是这样的话，其生态系统是怎样形成的？当然，深海生态系统，它是一种进化还是退化？这也是我在思考的一个问题。

我听到李所讲的重建生态系统，先是微生物在这里，然后开始有多毛类，再有螺类、虾类或者贝类，既然有了这样一个过程，那么它一定是有一个物质交流、摄食和被摄食的关系，否则的话，它应该是单独起源。为什么有这么多种？比如海马冷泉为什么是这65个物种组合在一起，而不是其他的物种组合在一起。

如果冷泉靠甲烷气体，有的时候它冒得多，有的时候冒得少，有的时候又没有了；没有了以后，这些宏生物可能就消失了，如果过了几年它又有，那这生态系统是如何重建的？是不是按照一定的顺序还是这些物种又重新出现了？它是怎么出现的？高等动物有一个冬眠的过程，低等的动物有一个休眠的过程，物种的连通性如何，或者说那些物种到底从哪里来？是原来就在当地休眠还是从其它地方通过连通性输运过来，我不是研究这方面，提出这些问题供大家研讨。

总而言之，今天上午张院士报告的大科学装置，如果有更多人通过这个装置进行模拟生态或者生态重建的各种实验研究，找到回答这些问题的结果，将有可能取得诺贝尔奖等级的发现或认知。    

钱宏林：吕颂辉讲了很好的意见，我们上午听的大部分讲到它的能量来源，都是靠共生、互生，从摄食、生物链这个角度研究的好像比较少，生物链中，大型生物肯定是要摄食的，下面请钱教授讲一讲摄食的问题。    

钱培元：摄食的问题，我简单提几句。关于化能生态系统的群落演替的工作，实际上国外是有开展的，如以鲸落作为一个系统来研究，美国人做、日本人也做，他们跟踪从一个鲸落到海底，哪些大型生物先过来，接着又是什么生物，比如今天我们听到的多毛类的海稚虫作为一个新纪录种，它来了以后，慢慢就被其他的生物所取代，这个取代的过程是摄食的过程，它也是一个完整的生态系统，所以它的群落结构、食物网、食物链都是存在的，但内这方面的工作做的还不多。    

钱宏林：下面有请陈楠生教授发言。    

陈楠生：首先感谢黄书记的邀请让我参加这样一个高端学术沙龙，受益非常大。90年代我毕业以后到国外做博士后，接触到了基因组学，后来自己建立实验室，也在做基因组学方面的工作，所以我能体会到钱老师今天所强调的组学给我们带来的机会，尤其给年轻人带来的机会。

我2018年回到国内，到海洋所工作，我的主要研究对象和王大志教授一样，也是以藻类为主，前几年因为我参加海洋所负责的先导专项，其中一部分是深海冷泉，所以有机会接触到深海冷泉方面的一些工作，也做了一点思考。

今天的报告都非常好，特别是今天下午这个专题李超伦所长的报告、钱老师的报告非常全面。深海冷泉的研究亮点非常多，也非常有趣，我从生物学的角度有一些比较粗浅的理解，这里需要我们特别重视的三个科学问题，一个是多样性，一个是食性，一个是适应性。

第一是多样性，首先我们要知道有什么东西，现在已经做了很多的深海冷泉宏生物的调查，但是因为不断有新物种的发现，目前我们对这些特殊的极端生态环境的物种组成还需要进一步了解，不仅对某一个冷泉生态系统，还有越来越多的冷泉生态系统的了解，比如生物多样性到底怎么样，有一个比较全面的了解。因为只有了解了生物多样性，才有可能回答其它问题，比如它们从哪里来，有可能从浅海来，也有可能从浅海到了深海，到了深海以后来到冷泉区，这些问题需要我们去了解。

生物多样性形成的机理是什么？生物多样性绝大部分的物种是来自其他海域，甚至在近海也可以找到的物种，可以说是一个生态机制，是一个物种的再分配，本来这个物种存在，但是它因为某种原因，在深海冷泉也能够存活下来，但是也有可能其他的机理，比方遗传的机理，遗传的演化导致了更多的新物种的出现；或者分子的机理，比如突变导致了新的性状的形成，从而产生生物多样性。

另外，当我们了解了生物多样性以后，很多专家都提到了连通性的问题，就是各个不同的深海冷泉的物种多样性之间有什么相关性，“源、汇”关系就可以解决了，这是第一个性。

第二是食性，现在看来，我们对这方面的了解越来越多了，有可能通过摄食游离的微生物，也有可能通过共生的微生物或者寄生的微生物，甚至刚才还有专家提到从颗粒有机物上获得营养，也可以通过捕食，有些物种通过捕食其他的物种；通过食性的了解，也是了解生态系统非常关键的一个科学问题。

第三点也非常重要，就是适应特殊的环境。看来不是所有的生物都能适应，陆地的生物或者近海的生物都是数以十万计、百万计的，但目前看来，冷泉生态系统的生物可能有几百种，当然还有很多物种有待挖掘。打个不恰当的比喻，并不是所有的树都能形成红树，并不是所有的物种都能够在深海冷泉中生存，显然它们有特殊的内在因素，让这些物种能够在这个特殊的生态环境里形成，这是我的粗浅理解。

如果这三个问题能够得到答案，则可让我们对深海冷泉有更深的了解。    当然，怎么来获得答案，钱老师已经给我们指明了方向，组学是一个非常好的工具。

钱宏林：接下来是会场自由发言和讨论，一方面下午的报告有什么要讨论的，有什么疑惑，可以一块提出来讨论，还有座席的几位专家，大家有什么问题也可以请教他们。    

会场提问和讨论

王贵海：我谈一点感想，我抱着极大的兴趣来参加这个高端沙龙，关于深海冷泉有关的科学问题的探讨，我是搞生命科学的，对冷泉这样一个特殊的深海生态系统，发现以及产生了很多重要的科学问题，当然这里有很多国家重大需求如能源问题的解决，所以引起了科学家和有关研究部门的极大重视。

冷泉系统至今还有很多问题没有搞清楚，但不管怎么说，深海冷泉是海洋中的特殊生境，它跟过去说的深海不一样，它是由甲烷富集的生境而引起生物的活动和生命的演化。既然是一个特殊生境，所以我们在研究这样一个生命活动和生态系统变化的过程中，需要了解它跟一般的海洋是什么关系？

这里我们发现了它的生物多样性的特殊物种比较多，为什么？这些共生的系统应该说是一种单层系统的复杂化，而这种复杂性可能对于生命的需求是个共赢系统，是进化当中很重要的一个生命形式，而这种生命形式对于进化的发展有没有意义？所以我想第一个科学问题是我们不仅要研究冷泉生态系统这个局部系统的生命演化和化能生态系统，而要考虑它给整个海洋带来什么问题？这之间的联系是什么？现在我们发现的冷泉数量对浩瀚的海洋来说还是非常少的，当然我们还应该更多地发掘冷泉系统的特色，目前发现的冷泉主要都在大陆架附近的深海区，这个地理意义又是什么？

因此，我的第一个感想是深海冷泉生态系统的演变、构成和生命演化对于整个海洋的相互关系，包括物种的多样化和生存方式演化。你孤立地去研究它，当然有很多科学问题可得到解决，这是我的第一个感想。

第二个感想是海洋的意义，黄力刚才已经说了，我们现在研究碳汇，80%的二氧化碳通过海洋来吸收、转化，但是现在深海甲烷的演化是靠古细菌等生物的作用，通过氧化还原的作用来产生一些碳酸盐等等。这个过程，刚才钱培元教授有一句话，我到现在还想了解一下，他讲化能合成细菌是化能生态系统的原始动力，我不理解化能怎么合成了细菌，这个细菌如何从无生物变成了有生物，因为细菌是生命当中的低级形式，但是它在生命链中是有作用的。深海生物一般是原核生物，到了酵母是真核，真核以后，很多就进化成复杂的生物。海洋的生物由游泳到爬行，到了陆地，陆地由无脊椎到有脊椎，然后到鸟类，再到哺乳动物等等，这个演化已经很清楚了。但是有一个很重要的问题，就是生命起源的问题，怎样由无细胞到产生有细胞的生物，就是细胞起源的问题在哪里？当然这个问题可能只能在海洋里去解决，在陆地上，我认为是不可能的，所以生命的起源必须在海洋里寻求答案。

我原来在中国科学院生物物理所工作，我们有一位教授就是研究生命起源、细胞起源的，他用现在的卵黄颗粒研究它怎么转化到有细胞形式，但这个工作到现在还没有结论，大家对他的研究是有争议的。无论如何，生命都是从无细胞到有细胞的，有了细胞，才能有生命的高级形式。冷泉的这样一个生态系统，我估计可能就是细胞起源的发源地，因为它是比较活跃的一个生态系统，而不是静止的。

现在我们研究这个系统的生命演化是由怎么样生存环境的相互作用或者共生等等，用基因组学和蛋白组学的方法研究，这是非常正确的一种途径，但是我真正地希望通过我们的研究来解决细胞起源的问题，这个问题你不解决，生命起源的问题就没法解决，而我们现在想研究的东西都是现在可能会知道的问题，不知道的问题，我们能不能去碰一碰？

因为我领导科学院的生命科学多年，我们研究的都是前沿的，包括基因的，研究神经科学、分子生物学、进化等等。现在科学院搞科技制高点，我跟院领导说，我们看到的东西，它就不是制高点了，生命科技的制高点是我们想到，但看不到的东西。

我提这个问题可能很远，但我希望生命科学家能够促动一下，我觉得一直困扰着我们生命科学的重大科技问题，那就是宇宙起源、生命起源的问题。但是这个问题跟深海冷泉可能是脱离不开的，你在海洋的其它地方找不到这样活跃的生态系统，这是我的第二个感想。

第三个感想，深海冷泉的资源，有很多细菌，包括古细菌，它的化能的转化都是从最低级的，像甲烷、硫化氢这些东西，怎么样把它由简单变成复杂、高级的分子，细菌的转化、酶类的作用、它的转化途径、代谢途径，可能会给我们很多的工作带来借鉴。比如现在大家都知道的天津工业微生物所搞二氧化碳合成淀粉，我们国家第一个合成的蛋白质就是胰岛素，第二合成了核酸，现在又合成了淀粉，所以中国三大合成都是世界领先的，但是它的合成就是用二氧化碳转化，转化成甲烷，然后再转化到醇类，醇类再转化成五碳糖，然后再合成淀粉。所以这个过程有的是从化能来解决，然后再通过酶来催化，它是一个合成生物学的途径，这个合成生物学实际上就是改造生命的一个过程，但这个过程，我认为很多都跟原始的细菌代谢有关，所以我们从这里面会找到一些很重要的资源。我希望我们的研究能从更深层次考虑。

另外，跟现在重要的国民经济问题相关的是从资源的角度也做一些探讨。

钱宏林：刚才这位老师提了三个问题，哪位老师可以呼应一下或者共同探讨一下？一个是冷泉特殊的生态系统与全球海洋系统究竟有什么关系？它的相互关系是什么？第二个是深海甲烷转化产生碳酸盐，它的化能细菌的原生动力以及生命的起源问题。第三个是深海资源通过生物的合成，怎么样开发等等这些问题。    

钱培元：这三个问题，我不敢说我能够完全回答，我只是想给一个阐释，第一个问题是说冷泉生态系统与全球的海洋生态系统之间的关系，实际上这个回答如果是简单来说，很简单，它只是海洋生态系统的一部分，只不过是它具有区域性的特殊性，因为它的发育、形成的环境背景跟普通的海底是不一样的，在这里，它具有很多很简单的化合物，而这些化合物给生活在这里的微生物提供了一个碳源和能源，为什么呢？这实际上与第二个问题是直接相关的，在这样的生态系统里，它通过对简单的化合物的氧化释放出能量，然后再从环境里的碳，它可以通过固定二氧化碳形成简单的有机物，就像刚才这位老师讲的天津微生物所如何合成淀粉，这个过程实际上是一样的，只不过这个过程是由微生物来初步完成。

为什么把它作为一个初级生产者？因为它完成了光合系统中二氧化碳的固碳过程，是相类似的过程，它形成了有机物，而这个有机物直接提供给了它的宿主、大型生物，所以它形成了一个非常有效的能量传递和有机物转换的系统，这也是为什么这个生态系统的固碳效率比较高，而且有效，这是第二个问题。

第三个问题我是这么理解的，这个生态系统很可能是探索生命起源和演化、进化一个非常好的场所，这在世界上很多科学家都有这样的看法，这也是为什么冷泉和热液喷口在过去40多年是一直作为深海生命科学非常重要的热点。虽然是热点，但是以前我们的手段不够，技术方面没法克服，我们对很多情况并不了解，比如细菌即所谓的共生菌，它是如何进入到动物里，我说的动物里是进入它的胞内，到了细胞里面，它如何转化，这个过程是怎么完成的，这个转化不管从基因组学或者基因上来说，或者转录组上来说，到底发生什么变化，我认为如果今后的科学研究能够抓住这个转化、变化的过程、演化的过程，那么我们很有可能进入真正探索生命起源的问题。

实际上，国际上一直在讨论这样的问题，关键是要有很好的模拟系统，有合适的模拟环境，这个系统能让深海动物生存，这就是大科学装置非常重要的原因。    

王大志：我补充一点，现在国外的一些专家在研究海洋的小细菌，小细菌多大呢？小细菌是小于0.1的，这些小细菌的基因组非常小，它可能编码也就是几百个蛋白质，这个对生命的起源就更进一步了，要知道它们基因组为什么这么小，它是为了适应一个简单的环境，所以它不需要像人类这么复杂要调动各方面的东西，所以我觉得冷泉系统可能为我们提供了这样一个机会，因为在这个环境中，它唯一的营养来源是甲烷，它不需要太复杂的系统去调动很多东西，去代谢什么东西，所以这个可能是做生命起源一个重要的方向。

黄力：我自己对刚才讨论的事情也是有一个问题，就是生命起源在哪，我自己是做热泉的，很多人说在热泉起源，又听说热液口起源，现在又是冷泉起源，还有《Nature》上的文章说是盐湖起源的，各种说法都有道理，就是没必要一定要把自己紧固在某一个假说里面，我们可以放开去想。

我想问冷泉专家，为什么认为这个地方是生命起源的一个可能的地方？我其实不太知道其逻辑是什么，甲烷菌被认为是最早产生的生物，而在冷泉这个地方，甲烷菌其实是很多的，虽然说有一定道理，但我对所有假说是保持高度怀疑的，因为都是假说，永远都无法验证，只是你想办法理出一个合适的逻辑，让自己的说法自圆其说，变成一个合适的故事。

我真的不知道怎么来理解冷泉就是生命起源的地方，原来听说比较多的常常不在冷泉，反正都是一种可能性而已。    

陈楠生：我觉得这个现象从某一方面来讲，它实际上反映了地球上的生物多样性是非常高的，几乎在任何不同的生态环境里都有它相应的生物，特殊的生态环境起了一个选择的作用，所谓的适者生存嘛，很多不同的生态环境都有它相应的一些优势生物在里面。    

钱宏林：冷泉系统是生命的起源这种假设，真正来讲要研究透它，就要把陆地上和海洋上的古碳酸盐岩一起研究，才有可能说出一个比较明白的道理。

提问：我是来自自然资源部南海生态中心的，我的问题是关于甲烷冷泉有个自然的生消过去程，现在国际上有没有研究出甲烷冷泉生态系统的退出机制？这种退出机制会不会对周边的海洋生态系统产生影响？即甲烷生态系统消失的过程，对周边的生态系统有什么影响？

钱培元：这个问题很好，我今天介绍的国际合作大计划，其中有一项研究就是想回答这个问题，甲烷渗漏出来了，它到底去了哪里，进入这个生态系统以后，除了对生物起了影响，它在整个生物地球化学的循环里到底是怎么回事，日本有人在做这项研究，很多大学的教授也在做，目前可以说，有些进展，但没有明确的回答，这也是我们今后要努力的方向。        

提问：我提一个外行的问题，冷泉有几个特点，一个是冷，一个是化能系统，第三个是有独特的生物群，这是它独特的特点，但有的教授又说是常温。   

钱宏林：冷是相对热泉而言。

提问：这三个特点如果发生矛盾时，我们应该以哪个为主，大家都说要了解冷泉系统的分布特点，如果定义不明确，怎么去判断？在各个生态系统之间有混合的，有过渡的，如何界定？    

刚才有的老师说，在潮间带发现有冷泉系统，潮间带的阳光应该是很充足的，只要有植物，光合作用是不可忽视的，是否有光能和化能同时作用呢？这种情况叫不叫冷泉系统，现在说的潮间带冷泉系统，是不是只有化能作用？还有特殊的、独特的生态系统，比如有管状蠕虫，有深海贻贝，假如还有很多其他光合作用生物，那个时候我们叫不叫冷泉系统呢？这就是外行提的问题，希望专家能给我解惑。    

钱宏林：刚才这位老师提的，我的理解是冷泉的定义问题。

钱培元：我来尝试着回答这个问题，第一个是冷泉，今天已经讲了很多次，冷泉并不一定是冷，当初冷泉叫cold seep，冷泉（2-4℃）是相对thermal vent热液喷口，因为热液喷口的温度常常可达几百度，所以相对应来说，冷泉的温度比较冷。

如何来定义冷泉？冷泉的定义，实际上从理化环境条件来说，它是以甲烷和硫化氢的浓度和渗流为指标的，这样的话就增加了去找冷泉的难度，因为你没有很好的观察方式，也就是没有很好的探头去测硫化氢和甲烷的传感器，你就很难去找到冷泉，这也是为什么在很多不发达国家冷泉的研究没有很好地开展起来的原因。

第二个是潮间带有冷泉，也就是在有光合作用的条件下，为什么也叫冷泉，因为这实际上也就是根据硫化氢，尤其是甲烷的渗流强度来确定的，它与化能生态系统、光合作用生态系统之间并没有太大矛盾，可能大家以前没有意识到，实际上化能的生物合成系统在浅水、潮间带泥里就有，从有氧转化到无氧的泥里，那也是化能的系统，所以它不一定完全局限于深海里，这是第二个问题。

提问：两者都有的时候，那算什么呢？

钱培元：它是以气体的渗流，加上生物群落的形成来界定的。

林强：确实今天学到了非常多，王局说的问题，也是我们团队多年来一直非常困惑的一个问题，明天上午我们有一个中国科学院的先导B项目要论证，专门针对深海冷泉的一些工作，也会针对相关问题开展研究。    

关于物种多样性形成的问题，在整个海洋中，生物从哪里来，我们会说从陆地到海洋，但是对于深海的生物从哪里来？2017年钱教授在NE，还有孙进老师一起发表的文章，让我受到启发。我们从基因的角度，从遗传的角度进行研究，实际上现在大多数深海生物（微生物我不知道），大多数的动物都是由浅海慢慢扩散的，或者之间是有关联的。

对于深海里的物种和冷泉的物种，我个人觉得它们可能一直存在，只不过这些物种来到某一个特殊生境，比如冷泉、热液，这些生物在此生活过程，发生了一些特异性的适应，出现了一些进化、演化。就像陆地上，忽然有了青藏高原，有些生物慢慢在青藏高原这种特殊生境，面对高紫外、低氧等条件，特殊生命也是在适应辐射这个过程中形成。

冷泉的一些物种看似比较特异，它跟浅海的很多物种有一定的联系，如贻贝、管虫，包括目前已经找到的其他动物，实际上我的感觉是这些物种在长期的进化过程中不断适应环境变化，有些生物已经在浅海或深海有同样的类群，只不过它们到了特殊生境以后发生了一些适应变化。这使我想起另外一个问题，包括刚才黄力老师讲的生命起源问题，有很多假设，我们学科组以前经常讨论这个问题。

我们说不管在哪里，只要有水的地方，就像我们说现在的全球性气候变化，它不是单一的某个点、某个区域，它是全球性的，在全球范围内，只要有水的地方，这些物质，包括金属的和其他的元素，比如甲烷、硫化氢等慢慢积累，达到了一定阈值以后，可能就会形成蛋白，慢慢形成一些细胞或者细胞器等等，所以它的起源未必只在某个地方，也未必就是在热泉或者冷泉或者哪个区域，我认为达到了一定的阈值，这些物质自然慢慢地变成了一些带生命的，无论核酸还是蛋白，慢慢形成一个生物体。

我们如果在没有任何生命，没有任何微生物、病毒等，也许是一个比较严苛的条件下，只是给它一些相关的物质，可以模拟一下，给它一定的时间效应，同时给它一个当量上的累积效应、积累，达到一定阈值以后，会不会也有可能重现生命最早的亚细胞器或一个蛋白，或者其他东西？我特别想看的是这样一个问题，我们可以模拟，或者就像我们通过计算机模拟，像钱培元老师说的大数据、AI，通过大数据、AI来模拟生命形成过程，我们现在把刚才讲的甲烷古菌等比较低等的或者比较早期的生命形式，它必需的元素是什么，我们先拎出来，然后在一个特定的空间，假设一个密闭的空间做一个演算，如果这些物质到达一定程度以后，在硫化氢或者甲烷的促使下，它们会不会发生一些质变，导致一些最早的、最原始的生命体的出现？

我想，这些生命的出现，它不只是在世界上的某个角落，不仅在高原，也不只是在某个区域，它可能是一个全球性的，46亿年前地球产生了，到38亿年前生命出现了，第一个细胞出现了，它可能是一个全球性的，但是实际上有一个早晚，它可能是在某一个靠近地球的地方，有太阳光的地方，也可能在一个火山爆发的地方，因为那个地方有热、有温度，温度能够加速一些生命的催化，有催化措施。所以我的观点是，生命的出现可能在全球的很多角落，是一个全球性的，但有个时间、空间的问题。

我的想法是，深海冷泉不一定是最早的，生命起源是永无止境的，是永恒的，是一直在发生的，但深海里的动物，我个人觉得还是遵循了从浅海到深海扩散的生命演化过程。

钱培元：我简单回应一下，首先深海里的生物到底从哪里来？虽然有一篇孙进的文章说生物是从浅水到深海，但是我记得很多年前做一个报告的时候，苏教授问我一个问题，他也是问这些深海的生物到底是从哪里来的？我说如果笼统地讲，这些深海的生物都是从浅水或者陆地跑到深海去，陆地的生物又是从哪里来？所以目前不能一概而论。

第二个是为什么说热液喷口和冷泉可能是生命起源的场所？实际上更多观点认为是热液口，因为热液口有高温、高压，有很高浓度的金属等等，这跟38亿年前生命起源的环境条件非常相似。

你说的构建一个模拟系统，用来探讨生命起源？实际上这样的工作，美国人、日本人，包括中国都在做，为什么要花那么大的资金去造一个高压系统？就是想模拟这样的环境，但是以前的高温高压系统都是相对有限的，不完全模拟出真正的原位环境条件，所以将来深海的海底实验室将可以提供这样的条件，开展相关的研究。

钱宏林：关于深海冷泉系统研究的建议：1.开展冷泉系统碳氢化合物的生物地球化学过程研究，了解每年究竟约多少的化氢通过冷泉渗漏的方式进入大气圈? 2.对同一海域的不同深度，以及不同海域的冷泉系统进行比较研究，了解冷泉系统是如何响应冷泉渗漏强度的变化，其强度是否与海平面有关？3.分析冷泉生态系统异养微生物的生长所需要的有机碳来源。4.探究化能合成作用驱动的冷泉生物圈中微生物的生物合成次级代谢产物潜力，并解析其在生态系统中的潜在功能。5.深海冷泉微生物合成的天然产物对生态系统中的群落动态平衡和生物地球化学过程有何影响。6.开展深海冷泉系统生物生活习性、多样性、独特性以及对冷泉系统的影响研究。7.从海洋与大气相互作用角度，研究分析海底甲烷的释放导致海水中二氧化碳增多的原因。8.构建一个潜在的/具有药用价值的深海“蓝色药库”；并分析极端环境中病毒进化和病毒/宿主间相互共生机理，为人类研制病毒疫苗提供思路。9.加强对冷泉生物调查鉴定和分类比较，厘清冷泉生物地理分布和时空变化，为冷泉生物系统的生物多样性保护提供科学支持。10.评估采矿(甲烷等)对海洋环境生态影响，制定深海化能合成生态系统保护政策。

按活动议程安排，今天讨论到此，明天再继续。

4.议题三：深海冷泉战略资源利用与生态保护

重点讨论深海冷泉系统生物多样性特征及资源潜力，冷泉生境中的特殊生命物质、重要战略资源及其挖掘利用途径与技术手段，冷泉系统资源开发对生态环境影响及面临的挑战。

主持人：郭俊、黄羽庭

邀请报告：5.《深海冷泉基因资源开发：机遇与挑战》（邵宗泽），6.《深海冷泉资源与生态保护策略》（王春生）

座席讨论专家：李小森，李纯厚，夏少红，孙进

自由发言：与会专家、代表

郭俊：现在开始本次高端沙龙的第三个议题：深海冷泉资源利用与生态保护。重点讨论深海冷泉系统生物多样性特征及资源潜力，冷泉生境中的特殊生命物质、重要战略资源及其挖掘利用途径与技术手段，冷泉系统资源开发对生态环境影响及面临的挑战。

首先请自然资源部第三海洋研究所邵宗泽研究员作《深海冷泉资源利用前景与挑战》主题报告。

邵宗泽是自然资源部第三海洋研究所研究员，中国海洋微生物菌种保藏中心（国家微生物菌种库海洋分库）负责人；先后入选国家百千万人才工程人选、国家政府特殊津贴专家、中国大洋科学考察先进工作者、全国先进科技工作者；以第一完成人获海洋工程技术奖一等奖励2项、海洋科技创新成果奖一、二等奖各1项。研究成果曾获评中国海洋十大科技进展、中国重大工程进展。

现在让我们以热烈掌声欢迎邵宗泽研究员作报告。

邵宗泽作邀请报告《深海冷泉资源利用前景与挑战》【全文见附件11】：

首先感谢黄书记给我这个学习交流的机会，应该说我也是突然受命，本来这个报告是孙松所长来做，他对冷泉的生态系统，从生物多样性到资源可能比我认识得更深刻，但他因为公务，到国外出差，所以这个报告临时由我来介绍，我的报告主要聚焦于基因资源。  

昨天的报告主要从生态系统、生命过程、共生机制、生物地球化学、生态环境等等，与沙龙的主题十分切合。今天我主要聚焦到微生物、基因资源上，报告的题目是深海冷泉基因资源开发利用：挑战与机遇，包括四个方面内容，首先是国内外的形势，第二是我们目前面临的一些挑战，第三是发展机遇、机会在哪里，最后提一些建议。

习总书记曾经指出：空天、极地、深海、生物这四大领域是大国争夺的重要资源，也是大国竞争的重要战略制高点，与今天主题有关的是深海生物。

报告内容提要：深海遗传资源具有巨大的开发潜力，它不仅具有重要的科学价值，而且具有重要的商业利益，国际上对深海遗传资源十分关注，特别是随着现在基因组测序、大数据的获取、AI的应用，海洋遗传资源的发掘以及保护、平等共享已经成为引人注目的议题。

摘要：深海是大国间争夺资源的主要领域之一，深海遗传资源是国家深海公海权益的重要组成部分，能够为生物经济的发展提供源头资源，特别是极端微生物资源，具有重要的科学和商业价值，对其的保护、开发和利用，将开辟生命科学与生物制造新赛道，因而国际上已对其投以积极的关注。本报告讲述了目前深海遗传资源开发利用的国际形势与国家需求，从微生物多样性认知和培养到代谢机制的发现、基因的挖掘、资源的开发利用所面临的挑战与技术瓶颈， 介绍国内学者在这几个方面的研究进展，分析我们如何在目前的战略机遇期追赶并赶超国际先进水平，并提出了深海遗传资源从科学认知到开发利用的建议。 

一、国家需求和国际形势

习近平总书记曾经指出：太空、极地、深海、生物这四大领域是大国争夺的重要资源，也是大国竞争的重要战略制高点，其中与今天沙龙主题有关的是深海生物。

深海生态系统非常庞大，冷泉只是典型的深海生态系统中的一种，有它的一些独特性、特殊性，与其他深海的典型生境不一样，从生物多样性到生物资源，非常期待能够形成系统性的、链条性地从科学研究到资源的开发利用。

目前国家处在经济转型、提质的战略时期，2022年习总书记在中央经济工作会议上提出要加快新能源、人工智能、生物制造、绿色低碳等前沿技术的应用，与我们有关的就是天然气水合物，生物制造目前也是一个国家的战略性新兴产业。

    深海遗传资源具有巨大的开发潜力，我们对它的认识是远远还不足的，它具有重要的科学价值，比如在基因水平上，以及到个体水平、种群水平、群落水平、生态服务等等，也具有重要的商业利益，预期未来有几十万亿的市场价值，包括在海洋药物、海洋酶、化妆品方面，都具有重大的应用潜力（图1）。

国际组织已经对公海，特别是深海的遗传资源开发潜力非常关注，从开发利用到利益的分享，从研究到法律制定。特别是随着现在基因组测序、大数据的获取、AI的应用，海洋遗传资源的资源挖掘以及保护、平等共享已成为国际事务中非常重要的议题。《联合国海洋法公约》框架下《国家管辖范围以外区域海洋生物多样性的养护和可持续利用》（BBNJ协定）预计将在2年内生效，生效后将限制公海和国际海底区域生物遗传资源的自由采探，从而提高获取和利用的技术门槛与成本。新协定的核心条款是海洋遗传资源的获取、利用、分享，事关国家在公海与国际海底的海洋权益保障。在协定生效前，要尽快地、尽可能多地到这些公海，国际海域区域里进行资源的获取。

图1基于海洋遗传资源的商业活动的风险利润率和时间表

目前，欧洲、日本、美国等均制定了长期的政府资助研究计划，以推动深海极端微生物的研究和开发，如美国制定的深海极端环境微生物研究计划、日本制定的Deep-star研究计划、欧盟制定的欧洲国家十年深海生物基因计划、海洋微生物培养计划，“细胞工厂”等等。围绕着遗传资源的开发利用方面，国外在前沿领域，比如合成生物学，目前美国是领跑，2022年拜登总统也签署了“国家生物计划和生物制造计划”的行政命令，引发了国际上对合成生物和生物制造的高度关注，我们国家也启动了相关的研究和平台建设。欧洲在生物经济方面有国家战略，在深远的产业革命里，生物是不可替代的。    

海洋的遗传资源，能够为生物经济的发展提供源头资源。我国及国际上生物经济目前占比较少，产业规模即使比较高的美国也只占到11%。到2050年，可能有80%的产品都是可以由生物制造、生物合成，也就是未来的生物经济是极其重要的。我们国家生物制造的比例仅占产业规模的2.4%，有待于加快提高，空间非常大。在国家级平台建设方面，国家从北京、天津、上海到广东都在大力推动新一代的生物制造。海洋遗传资源有它的不可替代性，为未来生物经济的发展提供了一个从食物资源到数据资源重要的支撑。

二、面临的挑战与技术瓶颈

世界面临着微生物难培养等重大的问题，我们面临的问题远远不只是微生物学科本身的，还有各方面的挑战。

技术方面，我们虽然在深海的进入方面、拿到样品方面已经有了长足的进展，但从多样性认知到代谢机制的发现、基因的挖掘、资源的开发利用，我们更多的是在科学发现、资源的获取方面做得多一些，但是在开发利用方面非常少。

首先我们面对的是庞大的海洋、庞大的生态系统，即使冷泉从界面上到深部，从样品的获取到研究方面还有很多的空白。现在面临着另外一个挑战是基因大数据的高效挖掘，既是机遇，也是重大的挑战，因为在这方面国际上比我们要领先，所以还是面临着重大挑战的。同时，在开发利用方面，如果是面对大量的菌株资源、基因资源等等，怎么去发掘利用，也是一个挑战。

再回到冷泉，国内通过十多年对冷泉资源的调查，特别是近五年开展了一些深海冷泉微生物的调查。在我们国家的海洋菌库里面，来自冷泉的不到300株。南海海洋所、青岛海洋所在冷泉方面做了比较多的工作，据了解应该也不会超过2000株，也就是说相比其他大洋来源的，冷泉来源的微生物资源比较欠缺。

二是在微生物多样性分类方面，大部分的门类都是未培养的。与陆地、肠道及其他的环境相比，海水里的微生物未培养的更多一些，目前培养的比例不到万分之一，如果是深海沉积物的，那就更低（图2）。

图2未培养微生物

在测序方面，虽然现在测序技术有革命性的进展，但是面对着庞大的海洋样品，怎么去快速地获得高质量的信息？也是有挑战的，特别是解决沉积物里长度长的、大规模的测序，也面临着极大挑战。基因库，无论是其他来源的，还是海洋的，我们国家虽然是高度重视，但在国际的基因数据库里，我们贡献还是非常少。

面对着数字海洋、基因资源的海洋，相比美国，在AI的发掘方面，我们也是跟随者，而不是领跑者，我们能否跟得上不停迭代的从高效到精确人工智能蛋白质挖掘手段？还需要继续努力。

三、发展机遇与基础

现在我们在推动深海生态大系统、大设施的建设，还有地质，从矿产资源到生物资源、生物多样性、生命过程等多学科交叉融合，相信我们国家在未来的几年，应利用好战略机遇期加快发展，这既是机遇，也是挑战。在生命科学研究方面，我们国家有一定实力和竞争力，国家在人工智能方面也会快速地去追赶，这是我们做海洋遗传资源开发一个非常重要的战略时期或者决胜时期，如果能够抓好未来几年的工作，我们不会落后，甚至会赶超。

冷泉相对于整个海洋生态系统是非常有限的，但是它孕育着典型的生物多样性，从深部一些微生物的过程到界面上的整个生态系统，有它的独特性。在资源方面，无论是从动物资源、微生物资源还是它们产生的化合物、酶等方面，在未来的生物制造产业方面都具有非常重大的应用潜力。接下来介绍国内学者在这几个方面做的一些工作。

海洋三所阮灵伟研究团队，对冷泉和热液的蠕虫从基因组到转录组进行分析，发现冷泉里的蠕虫有硫酸盐代谢，包括其他的硫代谢，比如半胱氨酸的合成等（图3）。它同时具备动物和植物两类合成途径，并且还能自主合成胆固醇、脂肪酸。这些硫酸盐的代谢、半胱氨酸的合成以及固醇类，对极端环境的适应、对解毒、对长寿有没有保健作用？至少我们知道硫代谢，特别是半胱氨酸的合成，它对于解毒方面、抗氧化方面有非常好的生理功能的。通过基因组系统计划，发现热液的蠕虫起源于冷泉，也就是确实冷泉和热液是在进行交互的过程，甚至这个交互的过程可能会更加精密。

图3 硫酸盐与半胱氨酸合成代谢路径

贻贝是典型的冷泉大型共生生物，目前它的资源价值也是远远没有被认知，其中有一点是其足丝有附着蛋白，海洋一所孙承君团队对海洋贻贝的附着机制进行研究发现，长链的脂肪酸，还有硬脂酸、软脂酸等都是调控在海水里面快速的、能够粘附的重要分子，他们还研究了脂肪酸粘附过程中，从脂肪酸的类型到粘附的机制，以及海水环境，如阳离子对粘附过程的影响等。认识这些粘附过程、影响的因素，为开发利用特殊的蛋白资源打下了基础。深圳柏垠生物公司利用粘丝蛋白合成了寡肽，可以用在化妆品方面，贻贝的寡肽已经通过了化妆品新原料的审核备案，贻贝资源在化妆品抗炎、修复等方面具有很好的功效。

微生物是海洋遗传资源重要的载体，特别是海洋细菌各种代谢类型都非常丰富，还有海洋真菌、古菌、噬菌体等等各种来源的，都是非常重要的资源类型。    过去几年，董西洋研究团队基于免培养的手段，从冷泉沉积物、深部沉积物，包括表层进行了基因资源的发掘，构建了国际上最大的冷泉基因数据库，目前录入近1.5亿个基因。这里有很多新颖微生物功能类群，有大量的未知功能的基因，90%以上的是未知的功能微生物。通过干实验和湿实验进行了发掘，发现一些具有生物活性的化合物等等，可以说冷泉也是一个非常重要的天然产物资源库。

这是我们构建的深海冷泉基因库，它的数据已放到国际数据库里，共有大概10T的数据，有170多个宏基因组，这是全球分布的情况（图4）。

图4 全球范围的冷泉样品，涵盖不同类型和不同深度

研究发现这些微生物样品中，就有3000多种水平的基因组，涵盖112个门，其中有16个古菌门，95个细菌门，而且在种水平是灰颜色的，95%以上是新颖微生物（图5），目前是没有获得的、培养的微生物。

图5 深海冷泉孕育各种各样的新颖微生物 

冷泉区域虽然小、有局限，但这里能看到一些新的微生物资源，海洋所的孙超岷团队这几年通过培养的手段，在不同的门类里已经获得了大量的、新的分离单元，包括产甲烷的古菌等，所以冷泉还是值得期待的。

大部分的微生物是不能培养的，特别是深层的微生物，它参与的生物地球化学的过程是什么呢？在深部埋藏的有机物转化到产生的甲烷，甲烷的氧化，以及甲烷氧化中生物地球化学的过程等，董西洋研究团队揭示了厌氧烃降解微生物多样性的分布规律及进化特点（图6），解析了冷泉厌氧烃降解过程耦合的其他元素地球化学循环过程（图7），病毒也参与了碳氮循环的耦合过程（图8）。

图6 厌氧烃降解微生物的分布规律及进化特点

图7解析了厌氧烃降解耦合的其他元素地球化学循环 

图8 冷泉病毒适应环境的生态策略

我们为了认识深部过程里的物质转换，研发了深海原位培养的装备，并在南海海底曾经放过17个月，利用各种有机物，木头以及动物来源的组织，在海底进行长时间的培养，发现一个非常重要的类群，类似于木落、鲸落里这些重要的微生物类群，它们参与了大分子的降解，耦合了铁锰氧化物的还原，这是在沉积物界面上。同时在南海发现了一个重要的类群，在木质素、纤维素等这些解聚过程中发挥了非常重要的作用，同样在厌氧、有氧、无氧的情况下都驱动了这个过程。

海洋所孙超岷团队通过分类的手段，获得了一株冷泉来源的细菌噬菌体，发现它有效地参与了宿主多糖的代谢，在不同的生物类群，它在物质循环里参与了非常重要的过程。该团队在冷泉里进行了原位培养，发现重要的硫氧化菌，并且形成了硫氧化的机制（图9）。

图9 深海冷泉单质硫形成新机制

海洋所王斌贵团队从冷泉环境里获得了上千株冷泉来源的真菌，多样性分析发现，与其他深海真菌的来源相比有其特殊性，有70%是从冷泉来的，其他深海环境里没有发现，且已从这些冷泉来源的真菌里发现了100多个化合物，其中新化合物有63个，包括新骨架的化合物，它们在抗炎、抗肿瘤等方面都具有很好的应用开发潜力。

四、建议

科学的研究、认知会驱动资源的获取，国家的重大需求是在资源开发利用方面，特别围绕战略性新兴产业的重大需求、国家海洋权益，通过学科交叉，从科学到技术能够实现资源的科学认知到获取、评价和开发利用，是一个庞大的系统工程，特别需要国家级的深海资源创新平台，能够整合国内的资源进行系统性的工作。

围绕着资源的开发利用，希望能够突破高通量的关键技术，包括下游的一些工艺，真正能够起到为产业、微生物医药、生物制造提供资源、提供深海基因合成生物学的特殊生物、功能软件等。

目前在公海的遗传资源方面，国内还没有相关的法律制度，规章制度也欠缺。另外还有技术壁垒、资源共享机制，都是阻碍深海遗传资源开发的障碍。从产业化的流程或者上下游关系来看，下游缺乏一些创新中心，有效地整合资源、整合技术平台、中试平台和产业，然后进行商业化的、规模化的深海遗传资源。开发    目前建立的国家合成生物的技术创新中心、国家生物制造的产业创新中心，都是开发深海遗传资源源头，能够与国家的战略性新兴产业、生物制造进行对接的重要的平台和抓手。

深海遗传资源的开发利用是一个非常系统的工程，从科学认知到资源的开发利用是一个漫长的链条，需要国家的大力支持，也需要社会资本的注入。希望在冷泉研究方面，无论是大型设施建设、生命过程的认知，还是冷泉生物资源的开发与利用，都能够走在前列。

参考文献（略）

郭俊：谢谢邵宗泽研究员的精彩报告。这个报告给我们很多深度的思考，也对我们国家海洋研究以及海洋经济的发展充满着期待。

接下来，请自然资源部第二海洋研究所王春生研究员作《深海冷泉资源与生态保护策略》邀请报告。

王春生是自然资源部第二海洋研究所研究员，上海交通大学和河海大学兼职博导。主要从事深海生物多样性和深海环境研究，曾任中国大洋协会“十五”至“十三五”环境项目首席科学家。曾获海洋工程科学技术奖一等奖、海洋创新成果一等奖和海洋科学技术一等奖各1项。

下面让我们以热烈掌声欢迎王春生研究员作报告。

王春生作邀请报告《深海冷泉资源与生态保护策略》【全文见附件12】：首先非常感谢黄书记邀请，给了我这个学习交流的机会，我的报告题目也是命题作文，主要包括三方面的内容：深海冷泉资源、水合物开采的环境影响评价、冷泉生态保护策略。

报告主要聚焦于深海冷泉资源中的天然气水合物和生物资源，围绕冷泉区底层生物的多样性，介绍了巨型底栖动物、大型底栖动物、小型底栖动物、微型底栖生物和底游动物等生物资源的研究进展；介绍天然气水合物的四种开采方式，结合开展海洋油气开发工程对海洋生态环境影响评价的方法，探讨了该方法对开展水合物开采的环境影响评估的适用性；并从深海不同类型生态系统的特点出发，介绍了国内外对冷泉生态系统的保护策略。

摘要：报告聚焦于深海冷泉资源中的天然气水合物和生物资源，围绕冷泉区底层生物的多样性，介绍了巨型底栖动物、大型底栖动物、小型底栖动物、微型底栖生物和底游动物等生物资源的研究进展；介绍天然气水合物的四种开采方式，结合海洋油气开发工程对海洋生态环境影响评价的方法，探讨了该方法对开展水合物开采的环境影响评估的适用性；并进一步从深海不同类型生态系统的特点出发，介绍了国内外对冷泉生态系统的保护策略。     

一、深海冷泉资源

（一）天然气水合物资源

几乎所有跟水合物相关的相关论证材料一般都会提及水合物是21世纪的新能源，它是煤、石油、天然气等化石燃料甲烷当量的2倍。关于全球水合物的量有很多的预测模型，即使同一个模型，因为采用的参数不一样，实际上预测的结果相差很大，最高与最低的预测相差了3个数量级，所以这些数据只能作为参考。2018年自然资源部发布的中国矿产资源报告提及，天然气水合物为当年新确立的矿种，初步预测我国海域天然气水合物资源量约800亿吨油当量。

（二）生物资源

生物资源，这里主要是指生物多样性。冷泉区生物，不包含水体中的浮游生物和游泳生物，这里主要指的是底层的生物。底层生物主要有五大类，包括巨型、大型、小型、微型和底游生物。目前大家关注的重点是两个极端，一个是在海底视频上看得到的所谓巨型底栖生物，另一个是冷泉的初级生产者微型底栖生物，我们这里主要是指细菌。

1.巨型底栖生物

海底的照相、摄像上能够分辨得清楚的生物，叫做巨型底栖生物，一般大于2个厘米。大型底栖生物大于250微米，小型的是32微米，微型是2微米，底游的生物不是冷泉群落里面常住的居民，它是机会主义者，主要是一些底层的鱼类和章鱼。

图1是1983年阿尔文号在墨西哥湾第一次发现冷泉的两张照片，可以看到冷泉区最主要两类生物，一个是管栖蠕虫，还有贻贝。图2是海马冷泉景象，右边主要是贻贝，左边这些是蛤蜊，都是双壳类；紫色的是指状海参，这种海参无论在热泉、冷泉都是唯一的一种海参，远处还可以看到这个地方像草一样的，很多长得很高的，是小型的管栖蠕虫，这里还有一些鱼。中间这张小图是喷口附近的景像，这里面有很多虾。

图1 1983年阿尔文号在墨西哥湾发现冷泉区的贻贝和管栖蠕虫 

图2 海马冷泉生态系统示意图

南海北部陆坡“蛟龙一号”冷泉，主要也是贻贝跟柯氏潜铠虾。我们可以看到无论是哪一个冷泉，贻贝都是有的，而且都是最优势的类群，其他的就不一定了。在冷泉群落里面，贻贝有两种营养方式，一种是通过共生的化能合成细菌为它们提供营养，另一种是它自己通过鳃的呼吸作用过滤海水中的颗粒物，既有化能的，也有光合作用的营养方式。但像管栖蠕虫只有一种营养方式，它们就是靠共生的硫化细菌为其提供营养。这些是羽状鳃上的毛细血管（图3），水体中的硫化氢、二氧化碳通过血液循环，被带到心脏这里，这里面是化能合成细菌共生的地方，叫做营养体，化能合成反应就在这里进行，产生的产物供给这些管状蠕虫的生长，管状蠕虫又为它提供居住的地方，所以它们是共生关系。这个营养体的量非常大，这些硫化细菌可以达到整个管状蠕虫重量的60%。

图3 管栖蠕虫解剖图

2.微型底栖生物

有两类，一类是菌席，冷泉群落的初级生产者。这是用墨西哥湾冷泉区的活体贻贝首次做的实验，证明了细菌氧化摄入甲烷碳的过程，这些碳是通过贻贝鳃组织细胞內的嗜甲烷细菌摄入的（图4）。

图4 鳃细菌的电子显微照片

还有一类是真菌，一种非常特殊的真菌，在墨西哥湾腹足类的鳃里面发现了子囊菌纲的共生真菌，能够把周围水体中像硫化氢这种有毒物质，通过化能合成反应，氧化成醇、醛、脂肪酸这些无害的物质。这保证了在非常高的硫化氢浓度环境下，这些生物不中毒，它分解后的产物可以提供给寄主作为营养。

3.大型底栖生物

目前研究得比较少，但也有一些初步的发现。最主要是多毛类的豆维虫、双栉虫、异毛虫，除此之外，还有比较多的甲壳动物。这些动物仅在墨西哥湾，离冷泉边缘16米以内的范围内有发现，超过16米就没有了，说明这些生物也是严重依赖于源自冷泉的有机物，仅依靠光合作用的产物，支撑不了这些生物的生长。

4.小型底栖生物

最主要的是有孔虫，胶结的有孔虫（图5）在冷泉区分布非常少，因为有冷泉甲烷渗漏的地方，氧化甲烷是需要消耗很多氧气的，在缺氧的环境中，这种胶结的有孔虫非常少，有孔虫主要是钙质有孔虫（图6），群落组成有比较鲜明的特点。

图5 胶结有孔虫 

图6 钙质壳有孔虫

在冷泉甲烷渗漏的泥火山四周发现线虫、桡足类、小型多毛类，它的密度非常高，比同样水生的其他地方高了很多倍，这样高的生物量仅依靠光合作用的产物是支撑不了的，肯定是跟化能合成生产的初级生产量有关系，是靠共同的量才能支持那么高的丰密度，但是关于这些生物，目前的研究非常少。

5.底游动物

在冷泉群落中属于顶级的捕食者，它是随机的，有吃的，它会游过来吃，吃完以后，就会游走了，不会停留太长时间。这是南海北部陆坡冷泉区拍摄到的一些底层的底游动物，有深海蜥蜴鱼、鼬鳚，鼬鳚在热泉也有（图7）。

图7南海北部陆坡冷泉区拍摄的深海蜥蜴鱼和鼬鳚

二、水合物开采的环境影响评价

（一）开采方式

要了解关于水合物开采的环境影响评价怎么做，首先了解水合物开采的一些方式，主要是把固态的水合物分解成气态的甲烷，像油气资源开采一样，把它提取上来。

图8是固态跟气态转变的示意图，中间这条红线是临界线，把固态的水合物变成气态主要有三种方式：一种是把压力降下来，降到这条线以下就变成气态；第二种是升温，温度升高，它也会变成气态；第三种是往里面注入一些表面活性剂和化学试剂改变它的相态。

图8 水合物相态变化示意图

现在主要是四种开采方式：

第一种是加热，打一个井，把蒸汽、热水或其它热流体从地面泵入天然气水合物地层，使温度上升，水合物分解而形成天然气。这是旱期、效率比较低的方法，现在有比较新的用微波辐射加热的方法。

第二种是降压，是指通过钻探等方法降低天然气水合物层下面的游离气聚集层位的平衡压力，破坏水合物气藏的稳定性，使水合物分解而析出天然气

第三种是添加化学试剂法，以某些化学试剂(如甲醇、乙醇、乙二醇等)改变水合物形成的相平衡条件，促进水合物分解。近年来又发现了以表面活性剂为基础的反聚结技术和阻止晶核生成的动力学技术。

第四种是通过二氧化碳置换的方法，把二氧化碳注入到水合物储层里面，形成二氧化碳的水合物，这个过程中它放出热量，利用这些热量分解天然气水合物，从而把天然气水合物提升上来。

总的来说，天然气水合物开采总思路是把固态的水合物变成气态的天然气，这种开采方式跟油气开采非常相似，所以现在大家基本上都认为，将来水合物开采可以参照深海油气开采的方式来进行环境影响评估。

（二）海洋油气开发工程对海洋生态环境影响评价的做法

1. 施工期间对生态的影响评估，包括五个方面

（1）海底管线铺设过程中搅起海底泥沙对海水水质环境的影响。

（2）钻井阶段产生的钻井液、钻屑排放对海水和沉积物环境的影响。

（3）钻井液和悬浮泥沙排放对生物的损害。图9是近海的油气开采过程中环境的实际观测结果，设置一个海底的延时相机，隔一天拍一张照片，可以看得非常清楚，前面几天海底生物，就是海绵，在海绵上覆盖了比较多的沉积物，泥沙在覆盖在上面，34天以后变得干净了，这些泥沙没有了，说明海洋有一定的自净能力（图9）。

从图9这组照片的观察结果来看，我们判断它主要是受到底层流的影响，从右侧四张照片可以看出来，这个时候原来已经张开的海绵已经折起来了，受强流影响，沉积物被冲掉了，变得干净了。当然这个沉积物覆盖的厚度不厚，只有几毫米，如果覆盖厚，就可能会引起这些生物的窒息死亡。

图9 近海的油气开采过程中环境的实际观测结果

在水合物开采时，物理海洋工作起着非常重要的作用。因为开采之前，国际海底的要求是至少收集三年的数据，对这些沉积物颗粒物的扩散、沉降过程要进行实验，在这个基础上建立羽流的扩散与再沉降模型，羽流扩散范围多大，离钻井区域不同的距离、沉积物的覆盖厚度多少，这些都涉及到对生物有没有影响。

（4）海洋工程建设对海洋环境敏感目标的影响。主要是珍稀濒危物种分布区，有重要的生态系统和特殊生境，有重要的渔业水域、海洋自然历史遗迹和自然景观，这些都是要进行评估的。

（5）噪声的影响，在目前油气开发的环评里面不作要求，但是最近近海的很多风电工程已经要对噪声的影响进行评估。在国际海底这是非常重要的，噪声一定要评估，将来水合物的开采应该把噪声的影响纳入到评估范围，包括对海鸟、海龟和大型哺乳动物的影响。

2. 运营期对海洋生态环境的影响，分为两种情况

（1）正常工况，采矿系统含油废水和水面平台生活废水的排放对水质和浮游生物和游泳动物幼体的影响；防腐采用的牺牲阳极中锌释放对海洋沉积物环境潜在影响。

（2）事故期间，要进行井涌井喷、平台容器泄漏、火灾爆炸和海管泄漏等增加溢油等影响评价。

3. 海洋油气开发工程环境影响评价是否适于冷泉开采的环境影响评估

我的回答是否定的，至少有两个方面是不一样的。

一是在水合物开采过程中必须要考虑地质灾害，目前在资源勘测时都已经考虑了，也比较重视。油气赋存在岩石层，深度更深，基本上没有地质灾害的问题；但水合物开采肯定是有这个问题。最近也发现一些浅层的油气，赋存的深度跟水合物差不多，像这类浅层的油气开采必须考虑地质灾害问题。

二是在天然气水合物区域有非常茂盛的冷泉群落，虽然开采是在深部，但是如果把深部的天然气水合物都取走，海底的冷泉群落得不到稳定的、一定量的甲烷供应，没有食物来源，这个群落最终可能会消亡。虽然我们开采的水合物基本上是在专属经济区内，但这些生物也是脆弱生态系统，必须受保护。

三、冷泉生态保护策略

（一）深海生态系统的特点

在提出保护策略之前，先回顾一下深海的生态系统，它分成两大类，主要是三个光合作用的生态系统、四个化能的生态系统（图10）。

图10 深海典型生态系统类型

1. 光合作用生态系统

（1） 海盆生态系统

是地球上最大的生态系统，但是它被认为是海洋里的沙漠，生物生长率非常低，潜水器在海底航行十来分钟都不一定能看到大的生物。

（2） 深渊生态系统

在雅浦海沟调查发现，在六千多米的海底形成了海参群体。根据一般的认识，深海生物主要受食物控制，因食物少而生物量非常低，越深生物应该越少。而这里会出现密集的生物，是因为深渊有一种“漏斗效应”。深渊生物的食物来源于三方面，除了表层海洋沉降以外，还有海沟两侧地质滑坡，把海沟斜坡上层底质中的有机物带到海沟下部，海沟里也有一些化能自养的微生物，进行化能合成反应，能够供给它比较高的生物量。

（3） 海山生态系统

无论是浅水还是深水，因为海流受到地形阻挡以后，它会爬坡、涌生，而形成泰勒柱效应，把深层的营养盐带至上层，所以在海山边缘十几二十公里左右经常会形成渔场。西太海山虽然有两三千米的水深，但在一些悬崖处，特别是海流比较大的地方，会形成珊瑚和海绵非常密集的分布区，因为海流会带来大量的颗粒物，这些生物可以过滤海水中的颗粒物，获取营养。海山、深渊生态系统的生物量介于海盆与冷泉之间。

2. 化能自养生态系统

（1）热泉生态系统、冷泉生态系统

热泉和冷泉被称为海洋中的“绿洲”，生物量非常高，主要是化能系统，热泉生境有高、中、低温不同类型的，低温的生物量更大，丰度更高。南海北部的冷泉生态系统，同样生物非常丰富，生物量非常大。化能合成的生物群落范围都很小，冷泉一般是几百平方米。

（2）鲸落生态系统

这是2020年珠海南方实验室租用了深海“勇士号”，在南海海山考察时，在海山斜坡上发现的一个鲸落（图11）。一些大型的哺乳动物鲸等沉到海底后，尸体周围会形成一个新的群落，称为鲸落，后来其他大型生物沉降至海底后形成的生物群落，也叫统称为鲸落。

图11中的生物实际上不是鲸，是一种小型的海豚，当时观测到的情况是这样，过了两天之后（图11b），看到它的尾部有机质明显比原先的少了很多，再过了十一天，头盖骨已经跟头部分离了，移到了它的左侧比较远的地方(图11c)，可能有比较大型的动物在吃它，就移到这儿。过了一年，这个群落已经看不到了(图11d)，以后每年，原先的头盖骨移到更远的地方，就剩下这么一点，整个群落演化的过程非常快。

图11鲸落

（4） 木落生态系统

木落是前几年海山调查发现的，当时在海底捡到一块沉下去的木头，有很多生物在上面，主要是一些多毛类，有好几个新种，还有一些双壳类，这个群落范围就非常小了，主要局限于这块木头。

把这些群落做一对比，光合作用的生态系统，群落范围很大，但是生物量低，丰度低，多样性高。孙进老师在海马冷泉记录到的总共65种生物，一般深海中，用0.25平方米的箱式取样器就能取得几十种生物，生物多样性是非常高的，但是生长速率非常慢，像海山上的珊瑚一般都有几百年，上千年、几千年寿命的也很多，生长过程非常慢。化能合成的系统，它的范围就非常小，一般热泉也就是足球场那样的大小，冷泉就几百平方米，鲸落就几平方米。但是生物量非常高、丰度高，多样性非常低，一个群落也就是几种、十几种生物，它们生长的速度非常快、生长过程很快。

图12是深海完整生物群落演替过程唯一的记录，美国人在东太快速扩张洋脊用海底的延时相机记录到比较完整的生物群落演替过程）。相机放下去没多久，就记录到这个地方发生了海底火山喷发，以后几个月出现了很多小白点，就是这个群落的初级生产者-硫化细菌形成的菌席；11个月以后，出现了小型的管栖蠕虫；到了32个月出现另一种大型的管栖蠕虫；到55个月以后管栖蠕虫的数量更大；三年以后出现了很多的双壳类，管状蠕虫已经全部被贻贝所覆盖了，像这种场景就被认为这个群落已经演替到了极点，开始要走向下坡路了，到后面是没有记录的。

图12东太快速扩张洋脊热泉生物群落演替

右下的画面显示这个地方没有流体喷发了，因为没有了能量供应，所以一些管栖蠕虫死掉了。双壳类因为有两种生活方式，没有流体喷发，它还能通过过滤海水中的有机物来获得能量而生活一段时间，但是它的丰度很高的情况下也支撑不了，所以最终这些生物也会死掉。

图13 脆弱的生态系统

（二）生物群落保护策略

这些生态系统都是非常脆弱的，因为范围非常小，把它采了以后，它可能就会消亡。对这类生态系统，我们应该采取什么样的保护方法？

日本的“地球号”钻探船2010年在冲绳海槽进行IODP的钻探（图14），钻探活动结束后，将钻孔封上，过了5个月，把封口的盖子打开，发现这里面很多流体喷发出来了，过了16个月，这个地方形成了非常密集的热泉生物群落，主要是柯氏潜铠虾，与南海冷泉是一个种。

图14日本“地球号”钻探船2010年在冲绳海槽的IODP钻孔  

Nautilus公司在Solwara 1进行采矿试验（图15）时，发现2天后在钻孔周围形成一个高60cm的新热液喷口，为生物群落演替提供了外部环境。受到这一现象的启发，我们可以考虑在海底有流体的地方，通过钻机打一个钻孔，就可以让流体喷发出来，过一段时间就会形成新的生物群落，所以我们的想法是，可以通过再造一个新的群落出来起到异地保护的作用。

图15 Nautilus公司在Solwara 1采矿试验钻孔新造热液口

南海北部神狐海域有很多麻坑地形，是由于甲烷、二氧化碳这种气体释放造成的。我们当时就在神狐海域麻坑地形的地方做了单道地震测试，发现这里有一个断层，以前可能有气体通道，后来由于各种原因封闭了。估计在这个地方有很多这样的气体通道，但已经不喷发了。如果我们钻一个孔，把这个地方打通，可能可以新造一个群落出来。

目前在陆地上这种钻孔是很成熟的，柔性的钻头，它钻进过程中可以改变方向，也有比较精准的定位，可以用磁性标签，当钻到我们需要的层次、地方以后，可以把钻头直径变小，缩进去再抽回来，把软管留下作为气体的通道，让气体从这个地方喷发出来（图16），我们可以通过这样一个思路再造一个新的冷泉生态系统。如果把水合物开采掉以后，也不至于引起冷泉生物的灭绝，可实现对冷泉生物群落的异地保护，同时也可为原位观察冷泉生态系统早期演化过程提供场所。

图16 柔性连续钻杆及其矫直贯入机构与通道底部可变径动力头机构

参考文献（略）

郭俊：谢谢王春生研究员给我们做了精彩的报告。因为时间的关系，我简单概述一下两位专家的报告内容。

第一是邵研究员做了深海冷泉基因资源的开发和利用的介绍，他既从生态学的角度，也从资源的角度，并结合未来合成生物学，介绍了深海冷泉基因资源的研究进展和利用前景；同时他也提出了微生物确实面临着很难培养的问题。

现在我们看到的资料，最多的也就讲5%，有的说更少。比如丹麦有个教授，十年前在海洋里发现了一种长的线状微生物，就是cable bacteria，其特点是在电子传递中起着非常重要的作用。大家知道，电子传递产生物质转化，但这个菌可以分离它，却没有办法培养它，所以丹麦国家为了支持他们在世界上首次发现海洋里的线状微生物，专门成立了cable bacteria研究的卓越中心，丹麦全国一年就成立了10个卓越中心，每个卓越中心一般平均有5千万丹麦克朗，大体上每年5千万，连续支持两个五年；后来更新再支持三年，连续两届；到现在为止，这个cable bacteria实验室里的繁殖问题仍然是难题，现在全世界很多课题组都在攻克它。

为什么不能成功培养？实际上还是人类没有解决它对营养物质和培养条件，或者其他特殊生境的需求，为何它在自然界可以繁殖生长，但人类就培养不了？这点邵研究员确实提出了一个非常重要的问题。

深海冷泉因为是一个相对极端的环境，所以它的微生物培养比陆生的微生物培养可能面临着更大的挑战，面临着更多的工作需要我们去做，邵研究员给我们提供了一个非常值得关注的方向，因为你不能去做它的纯培养，不能扩大培养的话，再好的种子资源都没有用，所以这是一个非常重要的问题；同时他结合国家的需求和国际发展的形势，以及面临的挑战和未来的机遇，给我们做了一个非常精彩的报告。

王春生研究员也是结合深海冷泉的资源，昨天也有专家提到资源问题，有专家认为开发它要非常小心，要注意海洋生态的保护。王春生研究员结合大家关心的问题，同时也结合资源开发中对环境的影响，介绍了冷泉生态系统如何保护，也讲到了很多国际上用到的一些先进方法，提出了一些研究设想，尤其讲到如何去探索比较光合作用系统里的生物类型、生物的总量以及化能自养的生态系统中相关数据的对比，发现这两者之间具有不同的特点。对冷泉生态系统及未来冷泉资源的开发利用做了预测和环境影响评估，也提出了很明确的一些研究方向，为我们进一步开展冷泉的研究开拓了思路。

让我们再次以热烈的掌声感谢两位专家的精彩报告。接着请黄羽庭书记主持座席讨论。

黄羽庭：按照沙龙的议程安排，下面进行第三个专题的座席专家讨论，刚才两个主题报告，涉及到冷泉生态系统保护和资源利用，大家都很关注。

首先请两位报告人到主席台就坐，也邀请四个座席专家：中国科学院广州能源研究所副所长李小森研究员，中国科学院南海海洋所夏少红研究员，中国水产科学研究院南海水产研究所李纯厚研究员，中国海洋大学孙进教授。

现在重点围绕深海冷泉资源的开发利用和保护这个议题展开讨论。首先，有请李小森研究员发言。

李小森：首先非常感谢黄书记邀请我参加这个高端沙龙的座席讨论，刚才听了邵老师、王老师有关冷泉的资源利用和环境效应的报告，受到了很达启发。我主要从事天然气水合物的开采理论及关键技术的研究，刚才王老师提到了，天然气水合物在全球的储量十分巨大，大约是化石能源的2倍，在我国据估算储量达到800亿吨油当量，所以国家也特别重视，如果开采能成功，势必满足国家重大战略需求，以及改变国家的能源结构和国家安全的问题。

2017年和2020年我国广海局牵头进行了两次成功试采，实现了从探索性的试采到实验性试采的突破，但是这个试采还是处于技术验证的范畴，离商业开采还有很长的距离。

下面我谈谈天然气水合物研究所面临的关键科学问题。天然气水合物在自然界分成两类，一类是渗漏型天然气水合物，一种是扩散型天然气水合物。渗漏型天然气水合物是陈多福教授首先在国际上提出的，渗漏型天然气水合物在海底形成一个大面积的块状天然气水合物，它没有盖层，不具备开采的潜力，因为如果开采，势必使整个水合物气化－变成气体以后会造成泄漏，所以它不具备开采潜力。另外一种是扩散型的天然气水合物，它是在海底泥陷大概300到350米之下有一定的盖层，所以它具有一定的开采潜力。

当前有关扩散型天然气水合物，人们以前理解的是，它是一个相对比较均匀分布的状态。事实上，并非如此，我们前期的工作和世界上的一些资料也显示它不是一个均匀分布的特性，如果不把它的机理搞清楚，势必造成在开采过程中的一些关键控制因素摸不清，所以急需解决的一些关键科学问题是，甲烷在泄漏的过程中的动力过程以及扩散机制。另外是水合物形成的机理以及它的物性时空演变规律，这都需要掌握。

另外，在开采方面，刚才王老师也提到，目前天然气水合物开采分成几种方法，国际上公认的是降压开采法，这种开采方法主要包括三个阶段，第一个阶段是自由气的释放阶段，第二个阶段是达到相平衡点，它开始降压，降压分解阶段，第三是恒压开采阶段，在这个过程中，无论是在自由气的释放阶段还是在降压开采阶段都会发生大量的甲烷第二次生成，就会造成能量巨大的损失，这个引起的原因需要搞清楚。

我们发现在降压开采过程中主要的控制因素是由于吸了地层中的显热，在恒压开采阶段，它主要是由周边的环境热量传输的过程而进行的开采，这样的话，会使开采的速率很低，如何提高开采的效率，这是一个大的问题。同时，在开采过程中会发现多向的渗流以及水合物分解造成的孔隙变化而形成的形变，这些特征都需要解决，所以急需解决的一些关键科学问题是，水合物的相变、多向渗流以及传热传质和水合物分解后的骨架结构变化相互作用和控制机制、高效的开采技术方面的研究。

我们在开采过程中还要考虑更重要的一点是：有可能在开采过程中诱发的水合物泄漏到海水和大气中，势必造成气候变化、海底生物群落的破坏。同时，还要考虑地层的稳定性，如果发生地层塌陷，造成地质灾害等这些因素，这需要解决的科学问题是：水合物开采过程的防陷机制以及失稳机制的研究。

前期我们所也参与这个建设，大科学装置后期可以解决一些关键的科学问题，包括可以通过这个装置进行天然气水合物全生命周期过程的模拟研究，以期发现和指导未来天然气水合物的绿色有序开发。

李纯厚：感谢黄良民书记，接到他的邀请之后，其实我有点诚惶诚恐。我是唯一一个来自农业农村部做渔业资源的，对冷泉极少研究。昨天张院士讲的大科学装置，作为冷泉研究的重要科技平台，是一个很振奋人心的事情；还有昨天和今天六个主题报告，尤其介绍到冷泉生态系统、冷泉的发育过程、冷泉的群落结构、基因资源利用，以及冷泉资源中的水合物开发及其对环境的影响评价等等，给了我很大收获。前几年张偲院士在广东省应用基础研究的重大项目中，专门立了“冷泉生态系统上游水体中渔业资源的群落结构及其维持机制”课题，其一是探讨冷泉水合物开采对其上游渔业资源的影响；第二是冷泉的化能作用对上层渔业资源的影响，探讨渔业资源的光能作用与化能作用在深水层能达到多少比例。通过这几年研究得到了三个方面认识，可概括为三个“性”：（1）多样性。发现冷泉海域的资源多样性相当丰富，比较底层和上层、冷泉海域和对照区，明显冷泉区的生物多样性高于非冷泉区－对照区，越靠近冷泉区底层，其多样性更丰富。（2）脆弱性。尽管多样性高，但真正维持它生态功能的关键种是由少数的稀有物种来共同维持，这样一个特殊的生境，如果整个系统是由少数的物种来维持，它会很容易遭到破坏，特别外界的扰动或其他变化，有可能导致整个系统崩溃，所以进行冷泉资源开发时要注意它的脆弱性。（3）适应性。不同水层的鱼类对环境、对水层，包括一些特殊环境有很强的适应性，根据适应性分析、营养水平分析、同位素的食物网结构分析，它会根据水层的变化、所在层次的食物组成，以及其他相关的环境条件，主动采取捕食或摄食策略，以适应环境的变化。

关于下一步的研究，我提几点建议：（1）从形态学、生理学及其他分子层面，探讨冷泉区特定的稀有物种在维持整个系统结构中的作用；重点研究冷泉区上层渔业资源的演变和维持生理适应性机制。首先要解决深海冷泉区底层生物样品的获取问题，尤其水深超过1000m海区的样品采集方法。（2）利用鱼类等生物的垂直迁移生态习性，分析深海冷泉区上层水体的光合作用与底层的化能作用，它们之间能量转换、流动及相互交换，探讨冷泉区食物链结构及上、下层之间的耦合关系，从而构建整个冷泉区海域完整的食物网模型。

夏少红:这两天听了报告之后很受触动，我主要做海洋地球物理探测，这几年有幸协助张院士和超伦所长在推进大装置建设的工作，未来20年怎么把这个大装置使用好，其实面临着很大挑战。从这两天的报告和大家的发言、讨论，增添了我们的信心，这个大装置对未来的研究将可发挥重要作用。

冷泉是一种流体，而且这种流体主要是从海底下渗漏出来，与整个海洋地质的过程有着紧密关联。这几年我们在分析整个南海地层发育特征时，发现在整个海马冷泉区底下的沉积地层中有很多岩脉侵入，是不是这些流体与岩浆的活动有关系呢？希望未来能把固体地球和流体的体系、整个生命的演化结合起来开展交叉研究，通过地底下流体活动的观测与海底的生态系统监测，获取连续长时间序列观测数据，建立一个从固体地球的流体活动到海底生命系统演变之间的耦合关联体系；从整个冷泉流体系统角度，探明这些流体为什么会从沉积层生成，其形成原因是什么，有何规律？

孙进：谢谢黄书记邀请我来参加这个活动，今天有几点想法抛砖引玉，想跟大家交流一下。我是做生物出身的，我们说海马冷泉有65个物种，但最近发现这个数字在不断地增长，我们还会逐渐发现新的物种，新的物种有可能代表着一个新的基因资源。深海冷泉会有非常多的新物种有待发现，但现在搞生物分类的人越来越少，这方面工作将面临着严峻挑战，这一个问题。第二，关于新的生态关系，大家都说有共生，钱老师昨天也讲了共生关系，主要是贻贝、管虫，还有其他白瓜贝之类，最近我们发现还有其他类型，如平时食用的扇贝在海马冷泉也跟硫氧化细菌是共生的关系，还有一些其他新的类群，这是一种新的生态关系，随着调查的深入，肯定还会越来越多地被发现。第三，新的基因资源，除了新的物种所带来的新资源，冷泉，包括热液都是统称为化能合成生态系统，化能合成生态系统很多都是一种非常极端的环境，首先是高压、低温，热液是高温，还有硫化氢、重金属，在那里生活的许多动物都富集了重金属，但是它们没有出现问题，比如硫化氢对人来说是有毒的气体，但对动物来说，反而它们适应得很好，所以它们有一套自己独特的解毒机制，有小分子、专门的蛋白、大分子独特的解毒机制，这有可能是一种潜在的药物资源。新基因的资源也是以后的一个方向。

冷泉、热液，包括王春生老师讲的沉木、鲸落都统称为深海的化能合成生态系统，钱老师昨天讲深海的动物绝大多数是来自于浅海，现在主流的观点认为深海冷泉、热液的主要动物（如贻贝）可能是先通过沉木的方式，先到了深海，然后它在深海沉没，再扩散到深海的冷泉、热液口。我们经常在深海沉木上发现一些特别有意思的动物类群，它们很有可能是进化节点的生物，所以深海沉木很有可能是连接浅海和冷泉的一个枢纽，值得我们深入研究。

化能合成生态系统，是独立于光能的，就是没有光能的地方，并非只有在深海存在，比如黄海冷水团，南海的海草床、红树林的沉积物里，甚至珊瑚礁里都有化能合成，只要是没有光，还原层有很多硫化氢气体，因为硫化氢是一种能量很高的气体，它就会有化能合成的细菌，很多双壳的贝类与化能的细菌产生共生关系。如菲律宾有一种贝叫满月蛤，当地人以它为主食，这也就是说化能合成甚至进入了我们食物链。这个生态系统的作用经常忽视，有时在深海可能很多实验不好做，其实可以在浅海找一些深海物种的近缘种，它们是一样的硫氧化共生的细菌，一样的生态体系，可以利用浅海的物种做一些类似的实验。

邵宗泽：我觉得如果能从地质过程、生物过程、生态过程进行一些整合，基于重大的装备开展研究，可望取得一些重大科学发现。我本人是从微生物代谢到微生物资源都有研究，希望能与各位专家开展交叉合作，比如在深部甲烷产生的过程当中，微生物的作用等等。

黄羽庭：我想问一下，现在国内的研究状况跟国际上的差别有多大，国外冷泉资源的利用、保护方面有哪些重要的措施？因为我是物理海洋的，我联想到上升流，上升流的成因是一个动力学的问题，由于海水的密度、地形、海水的流动形成了上升流，水是从底下涌上来的，在冷泉区鱼类资源是否与上升流有关？

王春生：我回答一下，我主要是做国际海底环境评价的，国际海底因为比较敏感，关注度比较高，所以它有一系列的规章，广州地调局的杨总就是海底管理局法纪委委员，他们最近有一系列的规章。

气体水合物因为绝大部分在国家专属经济区以内，所以它的关注度可能没有国际上那么高，从开采的迫切度来讲也没有那么迫切。实际上，对水合物开采的环境到底应该怎么评估，做得还是不多。从开采方式讲，国际上认为跟油气开采阶段一样，油气开采是有很成熟的一套方法，所以大部分认为可以参照油气资源评估方法。

从风险来看，水合物开采跟油气还是不一样的，最主要是两点，一是水合物开采有地质灾害的问题，油气开采现在都没考虑这个因素，因为油气主要是矿藏丰富比较深，在岩石层，所以不存在地质灾害问题。但现在有很多浅层的油气跟水合物差不多，将来肯定也要考虑地质灾害的问题。另一个不同之处是水合物开采的时候必须要关注到这个地方冷泉的生物群落，这是必须要保护的，即使是在我们自己的专属经济区也是要非常谨慎的，总的来说现在研究的非常少，实际上与油气开采对环境影响的评估方法还是有些不同的。

黄羽庭：昨天钱培元教授也提到关于冷泉开发要特别慎重，要进行认真调查、研究，提出可行的方案来，避免产生不利后果，这意味着冷泉开发是有较大风险的？

王春生：因为冷泉的群落分布范围非常小，只有几百平方米的范围，它生长是需要稳定的、一定量的甲烷供给，如果把底下的天然气水合物挖掉，没有甲烷供给，则没有化能合成的物质，生物群落就会消失，所以是存在生态风险。    

自由发言

提问1：因为研究微生物很容易让大家联想到生命是怎么起源的，我就比较关注微生物的营养物质到底是什么，是不是有些微生物是吃掉甲烷的，有些是吃掉硫化氢的？很多微生物实际上是难以培养的，如果我们要培养它就要了解它的营养物质是什么。请问目前比较容易培养的比如吃甲烷的微生物有哪些种？

我是研究蛇纹石化产生氢气和甲烷的，我们关注的是无机成因的甲烷，但实际上无论海底热液区还是其它环境，它是有微生物参与的，我很想了解在微生物参与的情况下，对甲烷的形成到底有什么影响，比如微生物是如何吃掉甲烷的，微生物影响了它的产量，是不是参与了这个过程？它对甲烷的碳同位素有没有影响的问题，这在实验里是否可以加入微生物进行实验？加什么微生物？培养基里甲烷和气体的量多数能使生物群落存活，这是我感兴趣的问题。

邵宗泽：我尝试回答一下，热液或冷泉或者极端环境里生命起源的问题，你提到了蛇纹石化、氢以及可能会产生的烃这些物质，它可能驱动了最初的地球上生命起源、它的能量来源，国际上有些研究，包括围绕着氢在深部生物圈里驱动的过程。烃可以从无机到有机，选择什么样的菌来模拟这个过程？这需要做微生物的人和做地学的人进行很好地结合，生境不同，包括冷泉、热液都有不同的生境，它们的微生物组成也不一样，开展这方面实验，利用烃或者利用硫化氢只能模拟特定的环境，选择特定的微生物来进行。

孙进：现在主流的观点认为，生命是起源于碱性的热液口，就是蛇纹岩化产生的，生命一定是起源于深海，因为地球在刚刚形成的时候没有氧气，就是没有臭氧，紫外线直接照射到表面，核酸最怕的就是紫外线，所以它一定要在深海。

为什么是热液？因为热液提供了热源，热液分为两种，一种是碱性热液，一种是酸性热液，酸性热液比较常见，就是我们平时说的热液；碱性热液非常温和，不太容易见到，主要是在海底，最有名的是Lost City，它就是蛇纹岩化，蛇纹岩化会产生氢气，为什么是这个呢？我们通过基因分析，找一些基因，从真核到原核，到细菌、古菌，发现有些基因在这三个界都有，说明它在祖先上就有，这样的基因大概是400多个，其中最核心的一个基因就是氢气，再加上蛇纹岩化会产生大概3-4微米大小孔隙，所以就提供了所谓的细胞，种种证据都指向碱性的热液口，就是蛇纹岩化，这个地方很有可能是生命诞生地，这是目前最主流的观点。

提问2：我想请问几位生物方向的专家，地理连通性或者群落的连通性一直是研究的热点，现在有没有一个标准或者怎么去评判地理连通性，也就是说从特有物种或者共有物种，或者基因水平上来评估。

这两天讲得最多的是跟地质相结合的，我觉得基因流或者地理连通性更多的是受物理海洋即环流影响，请问：基因或者类群分布、流动或者连通性，怎么跟物理海洋结合，它们尺度上能不能匹配？还有关于混养的，它在化能异养的生态系统中分布或者角色，与自养之间的竞争如何？

孙进：这是非常好的问题，深海动物的幼虫分为两种类型，一种是浮游营养型，一种是卵黄营养型，比如贻贝，就是浮游营养型，贻贝在深海受精以后，它的幼虫会一直往上漂，一直漂到海洋的表面，海洋表面的洋流很强，能带着贻贝的幼虫到很远的地方。

举个最极端的例子，现在已知的迁徙动物，有一种鸟类，叫隼类，它可以迁徙17000公里，在深海有一种贻贝，它可以从西太平洋的小笠原海沟一直到西南印度洋的龙旂热液区，超过了17000公里，因为它的幼虫可以直接漂浮到海洋表面，被表面的流带到很多地方，但这确实很难回答跟物理洋流的关系分析。另外一种是卵黄营养型，它一般不会漂浮到海表面，局限于中底层扩散。所以贻贝幼虫的扩散受到表层流的控制，其他类型受到底层流的控制，当然还有一些中层流的，但比较少，这是第一个。

第二个是我们采用的主要是基因流的方法，通过单核苷酸多态性的分析可以一步一步推演出来，能看出有多少种群在每隔多少代从A跑到了B，是通过基因流群体遗传学的算法算出来的；我们现在也在尝试，跟洋流结合，看看能不能耦合在一块，但很多人说深海洋流是非常难模拟的，所以这个只是在尝试中，我们希望过两年能得到一些结果。

邵宗泽：典型的化能生态系统，从物种的丰度来看，就是微生物，毫无疑问是化能自养为主，占优势的是化能自养，它可能是甲烷氧化、氢氧化、硫氧化或者其他氧化等等，如果考虑到所有的微生物多样性，对它的代谢进行分析，从物种多样性来看，应该不是化能自养为主，而是异养、混养为主，而且混养可能占了更主要。

这几年，从真光层到深部，越来越多的认识到混养是我们以前忽视的一些过程，很多以前认为应该自养的微生物，包括藻类，实际上它也需要有机物，或者少量的氨基酸等等，甚至可以以它为唯一的能源和碳源进行生长。所以，如果从总的来看，我觉得混养微生物应该占主要的比例，值得以后更多关注，这有利于指导微生物的培养，因为考虑到它的能量来源是氢气、甲烷、硫化氢，但同时它可能需要少量的有机物供给。

提问3：长久以来海洋中存在甲烷悖论，也就是说，甲烷一般是在缺氧的环境中由微生物产生的，但是我们也可以观察到在真光层、上层海洋中，甲烷的浓度是过饱和的，但是在上层海洋中，氧气又是非常丰富的，请问各位专家有哪些推测的可能性？    

邵宗泽：我从生物角度说一下，现在产生甲烷的微生物，从多样性代谢机制来看，拓展了我们以前认为的厌氧产甲烷的一些过程，它有些新的酶，那就是在有氧的情况下，它也会去产生，这是从微生物的代谢多样性方面来考虑的，它有可行性。

你说的在上层、真光层里，它产生的过程是什么，我想还要考虑到其他物理的因素，比如光的因素等等，它这里面产生的还原性的小分子物质，从一氧化碳到甲烷，甚至到氢气都有这个可能性，它可能也是一个不可忽视的非生物来源。

提问4：刚才李老师提到在海马冷泉区获取了很多鱼类或者其他的生物样品，是700米以上的，我比较关注冷泉原位的，因为有很多特有的生物，比如贻贝、管虫、白瓜贝，请问您通过拖网或者什么方式获得700米以上水体中的生物，是否有这些生物的浮游阶段的幼虫？

李纯厚：我很高兴你关注了中层鱼，我们现在做食物网，还是用灯笼鱼的成体来做。另外我们用分层浮游生物网做了浮游植物、浮游动物的，还有其他的生物，我们当时采到的生物都通过同位素来进行分析，然后来构建它的食物网模型。

提问6：因为大家都比较关注这些生物怎么来的，怎么去的，很多老师都关注连通性的问题，我们关注这些冷泉特有的生物，它肯定不能走来走去的，或者游来游去的，所以我也想问一下其他的老师，对其幼虫有没有什么相关的研究或者有什么建议？

王春生：像这种冷泉和热泉，环境很不稳定，这个地方的生物繁殖出来就产生的大量的幼体和卵，靠海流往四周的水体扩散，扩散的过程中，如果环境不适合它生长，比如没有甲烷喷发，它可能会形成休眠卵，它就休眠了或者沉到海底去；到了这个地方有甲烷渗漏，适合它生长的环境，它就会发育、生长起来。曾经在深海沉积物里发现了600年前的一个鱼卵，他们把它取回来了以后，这个卵还能孵化出来。

昨天的报告讲到南海北部冷泉和东海的热泉距离1500多公里，它们的生物为什么还是一样的？可能有两种途径，一种是生物会产生大量的卵和幼体，靠底层海流把它带过去。第二种是刚才孙进老师讲到的，通过鲸落、木落的这种形式，它起着踏脚石的作用，一步一步地把它传过去。根据我们对南海的鲸落和木落的研究，实际上发现它的种类跟冷泉、热泉都不一样，很多都是新种，这个主要还是我们现在发现太少，研究程度不够，进一步加大研究以后，看看这些木落和鲸落的生物与冷泉、热泉是否有相似性，以期证明它是否通过鲸落传播过去。

黄羽庭：今天上午我们这个议题听取了两位专家的精彩报告，刚才座席专家又进行了热烈讨论，解答了会场上大家提出的问题，并发表了许多很好的观点和建议，谨此对大家表示衷心感谢！

（三）闭幕式

黄良民：谢谢各位主持人、报告人，以及参与座席讨论的专家！两天来的高端学术沙龙，大家对“深海冷泉生态系统与生命过程”这个主题内容进行了非常深入的交流和讨论，特别是报告的专家们，从不同的角度对冷泉生态系统，以及生命的演化特征和演化过程，都发表了很好的见解。

高端学术沙龙到现在已接近尾声，我们现在进行一个简单闭幕式，根据这两天来的讨论，我先提出以下几个问题，时间关系，会上就不做讨论，大家可以在午餐或者会后找机会、找时间进一步深入地研讨、交流。

首先是第一天上午的主旨报告，张偲院士讲了深海冷泉生态系统研究装置，根据我们这两天来的交流和大家对深海冷泉生态系统的认识，思考一下如何有效利用这一套深海冷泉的设备，国家给了重大投入，也就是说这套装备将是一套国际先进的冷泉观测研究的关键设备，作为真正能运用于冷泉观测和过程研究的一套装备，我们如何更好地利用它？在深海冷泉的研究中取得一些新的突破，这是我要提的第一点。

第二点，根据这两天交流讨论的一些新认识，看看深海冷泉的关键科学问题是什么，下一步我们应该关注哪些关键的问题，这两天从冷泉生态系统的生物群落特征、生物来源和去向、生物系统的构成以及它的功能，在生长的过程中对环境的要求和适应，特别是生物对环境的适应以及生命起源的问题都值得我们深入思考。，生命起源是否来自于深海的热液、冷泉，将需要我们开展深入探索，真正寻找出生命起源的相关信息或者一些元素，这是请大家思考的第二个问题。

第三点，特别是来参加会议的政府部门以及大家共同的愿望，深海冷泉今后对于我们整个社会经济的发展有什么好处，也就是今天第三议题有关深海冷泉的战略资源，未来的利用前景。当然要开发、要利用它，涉及对生态、环境的影响，如何去有效地高效利用、有效保护环境，也是需要我们去深入考虑的问题。

我想留下这三个问题，请大家再进一步思考。

接下来有请中国老科协副会长、中国科学院老科协理事长孙建国作总结讲话，请大家掌声欢迎！     

孙建国：我受中国老科协领导的委托，代表中国老科协，同时也代表中国科学院老科协向论坛的成功举办表示热烈的祝贺！向高端沙龙指导委员会和参加活动的各位专家学者、研究生，以及承办本次活动的南海海洋所及其组委会的各位同仁致以崇高的敬意！（讲话稿见附件6）

黄良民：非常感谢，孙会长对我们这次高端学术沙龙给予的充分肯定以及提出的期望和要求，尤其是最后提出的要求，希望大家认真记下来，并抓紧落实。

这次高端沙龙得到了各界领导、嘉宾、知名专家的鼎力支持，我感到非常荣幸，在此，我代表举办方感谢前来参加活动的各位领导嘉宾、专家学者、朋友们！

这次高端学生沙龙既是一次碰撞思想火花的学术盛宴，同时也是践行习近平总书记“坚定不移走科技强国之路”的指示精神。经过这二天的报告、交流和讨论，对进一步推进深海冷泉生态系统研究将具有重要作用。

当然，我们还需要进一步梳理和综合整理，希望会务组，参与高端沙龙筹备工作的同志们，要继续发扬你们的奉献精神，确实做好这一次沙龙的收尾工作，包括落实孙局长提出的几点要求。要认真完成我们这次沙龙文集的整理和编撰工作，为推动我国深海冷泉科学研究，结合国家战略需求和未来的发展方向，真正提出有见地的、有重要意义和实际价值的意见、建议和对策，共同来推进我国家深海冷泉这一个特殊领域的发展。以实实在在的成果来为庆祝新中国成立75周年、中国科学院建院75周年和南海海洋研究所成立65周年献礼。    

同志们、朋友们，这次高端沙龙已经圆满完成各项议程。

感谢各位领导、专家的莅临指导，感谢会务组工作同志们和新闻记者的辛苦付出，感谢有关部门和水德仪器公司给予的支持，也感谢宾馆给予的鼎力合作。

最后祝各位来宾回程顺利!祝大家身体健康，万事如意!

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三、领导致辞与总结

开幕式上领导致辞

1、李超伦（中国科学院南海海洋研究所所长）致欢迎词【附件1】：

尊敬的苏纪兰院士、张偲院士、包振民院士，尊敬的孙建国理事长、何远光局长、龚立武副局长，尊敬的孙秀锦书记、吴园涛副处长，各位领导、各位专家、各位来宾、朋友们，大家上午好！

在这秋风送爽，丹桂飘香的时节，我们共同相聚在山清水秀的广州花都，隆重举办“深海冷泉生态系统与生命过程”高端学术沙龙，在此，我谨代表中国科学院南海海洋研究所以及我们所的老科协对莅临大会的各位领导、嘉宾、专家、青年朋友以及媒体朋友表示最热烈的欢迎，对给予大会鼎力支持的上级部门和兄弟单位致以最诚挚的感谢！

大家知道，高端学术沙龙是提供一个弘扬科学精神、倡导学术平等的宽松学术平台，营造自由思考、勇于创新、大胆争鸣、宽容失误的学术氛围，进行充分的学术思想交流和科学的灵魂碰撞，对重大的科学技术问题，特别是一些基础性、前瞻性和“卡脖子”关键战略技术问题，展开深入的研讨，以期对这些问题的解决建言献策，提供启发性的意见、见解和思路。

这次的高端学术沙龙主要是通过主题报告和讨论，围绕着“深海冷泉生态系统与生命过程”主题，深入分析我国深海冷泉分布格局以及资源禀赋，瞄准国际冷泉科学的前沿和国家战略需求，提出未来需要重点关注的关键科学问题以及发展方向，提出相关的建议和对策，从而为推动深海冷泉生态系统与生命演化相关的研究，促进深海战略资源的利用，助力海洋高质量发展，加快海洋强国建设提供决策依据。

在这次论坛上，希望大家能够充分地发表真知灼见，积极贡献您的独特见解和智慧。

高端学术沙龙研讨的内容和意见建议最终会形成一个综合报告，我也相信通过本次论坛，在各位专家的共同努力下，一定能够取得实实在在的成果，为马上迎来的新中国成立75周年，中国科学院建院75周年，以及我们所今年建所65周年献礼。

借此机会代表南海所向长期以来对我们所的建设和发展给予关心、支持的各位领导、专家、各位朋友再次表示衷心的感谢！

最后也祝本次高端学术沙龙取得圆满成功，祝大家身体健康，家庭幸福，工作顺利！谢谢大家！

2、孙秀锦（中国科学院广州分院分党组成员、纪检组组长）致辞【附件2】：

尊敬的各位领导，各位院士、专家，各位同学，大家上午好！

今天确实是一个好日子，我到广州分院工作4个月，印象当中第一天看到广州的天这么晴，前段时间一直下雨，阴雨连绵，今天阳光明媚，确实是一个好天气。

前期经过南海海洋研究所和所老科协的精心筹备，2024年“深海冷泉生态系统与生命过程”高端学术沙龙在花都九龙湖举办，在这里我谨代表广州分院对沙龙的顺利召开表示祝贺！同时对院离退休干部局、院老科协、广东省老科协等单位和政府有关部门对本次沙龙的举办给予的指导和支持表示衷心的感谢！对各位与会的领导嘉宾和院士专家表示热烈的欢迎！对为筹备本次活动付出辛勤汗水的各位同事表示由衷的谢意！

据了解，2019年以来全院举办了六期高端学术沙龙，这是第一次在广州举办，全院2024年唯一获批的一项高端学术沙龙。沙龙的主题学术报告水平高，内容丰富，今天有幸参加这样一个活动，我将认真听取各位专家的精彩报告，多向大家学习，增长见识。    

深海冷泉是迄今为止所探索的地质多样性最强的还原环境之一，其独特的生态环境所衍生出来的冷泉生态系统，对于探索生命起源和极端环境下的生物适应机制具有重要意义。依托南海海洋所建设的国家重大科技基础设施-冷泉生态系统研究装置，采用“样地实验+陆地模拟，海陆协同、时空互换”的设计思想，将成为国际首个坐底式深海载人驻留实验室、国际最大尺度的深海化能生态系统与深海甲烷物态演化模拟重大科技基础设施，也将对深海冷泉生态系统研究提供更好的科学支撑和研究平台。这次沙龙的主题有围绕大装置建设的，也有围绕冷泉环境、生命演化、资源利用与保护等议题，各位专家可以从不同角度进行探讨，畅所欲言，碰撞出更多的智慧火花。相较于其他一般沙龙，高端学术沙龙的选题更有前瞻性、战略性和探索性，就像刚才主持人和李超伦所长讲的，围绕着前沿科学研究和“卡脖子”的关键技术问题，为老中青不同年龄段的科研人员提供学术思想交流和碰撞的平台，也能更好地为我院抢占科技制高点建言献策。

南海海洋所对这次沙龙活动高度重视，所领导亲自策划，所老科协专门成立了由院士专家组成的指导委员会和相关工作组，在此我很期待南海海洋所利用之前举办类似活动的经验，高质量地承办好这次高端学术沙龙活动，充分展示广州分院系统老科技工作者的精神风貌，同时也可为其他兄弟单位申报和举办类似的活动提供一些经验和借鉴。

最后，再次感谢大家的莅临指导和支持，预祝本次沙龙取得圆满成功！

谢谢大家！

3、龚立武（中国科学院离退休干部工作局副局长）致辞【附件3】：

尊敬的各位领导、各位院士专家、同志们，大家上午好！

今天我们相聚广州，举办院老科协第七次高端学术沙龙，受沈华局长的委托，我代表中国科学院离退休干部工作局向辛苦筹备此次活动的各位专家致以崇高的敬意，向给予高度重视和鼎力支持的广州分院、南海海洋所致以衷心感谢！向莅临活动的各位领导和专家表示热烈的欢迎！

聚焦科技前沿，突出交流互动，彰显科学精神，提倡大胆创新，提倡自由讨论，提倡争辩质疑一直是高端学术沙龙秉承的重要原则，高端学术沙龙旨在为重大科学技术前沿问题的讨论提供一个宽松的交流平台。自2019年院老科协举办高端学术沙龙以来，在大科学装置布局、新冠病毒、人工智能、绿色“双碳”、重离子治癌、科技考古等方面组织开展了深入的学术交流。在营造自由、探究、鼓励学术争鸣和活跃学术思想，促进原始创新等方面发挥了积极作用。

今年是我院抢占科技制高点的关键一年，抢占科技制高点是新时期统领我院改革创新发展各项工作的总目标、总任务、总要求，在今年的院工作会议上，侯建国院长对加快抢占科技制高点作出了全面动员和部署，要求我院一切工作都要围绕这个总目标、总任务、总要求开展，吹响了我院加快抢占科技制高点，奋力开创改革创新发展新局面的集结号。汪克强副院长多次强调离退休干部工作要紧紧围绕聚焦抢占科技制高点这个总目标、总任务、总要求开展，因此，本次高端学术沙龙也要围绕这一总目标、总任务、总要求积极建言献策，发挥作用。

海洋是地球上生命的摇篮，是自然资源的宝库，海洋生态环境关乎地球生态平衡和资源合理利用，关乎人类文明永续发展，保护海洋生态环境是加快建设海洋强国，实现人海和谐共生的根本要求和基本保障。

本次高端学术沙龙主题聚焦“深海冷泉生态系统与生命过程”，面向国家战略需求，对推动我国海洋科技创新发展具有重要的现实意义。相信通过与会专家的热烈讨论与深入地学习交流，必将碰撞出新的思想与火花。

高端学术沙龙是我院老科协的重要品牌，也是我局引导老科技工作者发挥正能量，助推科技创新的重要品牌，一直得到院领导的充分肯定和认可。我局将坚定贯彻落实院党组的指示要求，一如既往地支持院老科协持续办好高端学术沙龙活动。

最后再次感谢此次沙龙指导委员会的辛勤工作，感谢会务组周到细致的服务保障，预祝本次高端学术沙龙取得圆满成功！谢谢大家！

4、李志琴（广东省人大常委、环资委副主任）致辞【附件4】：

尊敬的各位领导、专家、学者、同仁们，大家上午好！

在这金秋送爽、硕果累累的美好时节，很高兴能有机会参加由中国科学院老科协、重大科技任务局、广州分院主办，中国科学院南海海洋研究所及其老科协承办的2024年“深海冷泉生态系统与生命过程”高端学术沙龙，我们齐聚一堂，共同见证并开启本次高端沙龙的序幕，首先请允许我向长期以来致力于深海科学研究，特别是深海冷泉生态系统探索的专家学者、同仁们致以崇高的敬意！

深海这个地球上最神秘、最未被充分认知的领域，隐藏着无数生命的奥秘与自然的奇迹，而深海冷泉作为深海生态系统中一颗璀璨明珠，以其独特的物理、化学环境，丰富的生物多样性以及复杂的生态过程，吸引了全球科学家的广泛关注和深入研究，它不仅为我们揭示了深海冷泉生命如何在极端环境下生存繁衍的奥秘，更为我们理解地球生态系统的整体运作，探索生命起源与演化提供了宝贵的窗口。

本次高端学术沙龙汇聚了国内外在深海冷泉生态系统研究领域的顶尖学者和专家，旨在搭建一个高水平的学术交流平台，共同丰富最新的研究成果，探索前沿的科学问题，展望未来的研究方向，我们相信通过大家的智慧碰撞与思想交流，定能激发新的灵感和火花，推动深海冷泉生态系统研究迈向新的高度。

在此，我衷心希望各位嘉宾能够充分利用这次难得的机会深入交流、广泛合作，深入谋划深海冷泉生态系统研究的战略部署，持续补足科研短板，开拓创新科研领域，催生海洋新质生产力，服务于国家战略需求，经济社会发展和海洋强国建设，助力大湾区高质量发展，努力抢占科技制高点，共同为深海科学的发展贡献自己的力量。同时我也期待本次沙龙能够成为推动深海冷泉生态系统研究国际合作与交流的重要桥梁，促进全球科学家在这一领域的携手共进。

最后，预祝“深海冷泉生态系统与生命过程”高端学术沙龙圆满成功，愿我们在探索深海的征途中不断发现新的奇迹，创造新的辉煌。谢谢大家！

闭幕式讲话

孙建国（中国老科协副会长、中国科学院老科协理事长 ）【附件5】

各位领导、各位院士、各位专家学者：

大家好！为了深入贯彻落实习近平总书记对老科协工作的重要指示，发挥老科技工作者的优势，由中国科学院老科技工作者协会、中国科学院重大科技任务局、中国科学院广州分院主办，中国老科技工作者协会、中国老科协创新发展研究中心支持，中国科学院南海海洋研究所及其老科协承办的“深海冷泉生态系统与生命过程”高端学术沙龙在广州花都举办。本次沙龙邀请张偲院士作《深海冷泉生态系统研究装置》主旨报告和吴能友等作主题报告。参加高端学术沙龙活动的有来自中国科学院相关部门和涉海研究单位，以及自然资源部、农业农村部、高校系统和广东省政府有关部门等，共计50多家单位的领导嘉宾、专家学者和研究生230余人。专家队伍强大，主题鲜明，内容丰富，研讨深入，观点新颖、成果显著，会议开得非常成功。我受中国老科协领导的委托，代表中国老科协，同时我也代表中国科学院老科协向论坛的成功举办表示热烈祝贺，向高端论坛指导委员会、各位专家、学者、研究生和承办本次会议的组委会各位同仁致以崇高的敬意。

习近平总书记指出，“老科技工作者人数众多，经验丰富，是国家发展的宝贵财富和重要资源。”2023年6月，中国科协等8部委印发《关于加强新时代老科学技术工作者协会工作 更好发挥老科技工作者作用的意见》指出，“加快实现高水平科技自立自强，推动高质量发展，全面建设社会主义现代化国家、全面推进中华民族伟大复兴，需要用好用活老科技工作者这一重要人才资源”。中国老科协组织制定的《中国老科学技术工作者协会事业发展行动计划（2023-2027年）》指出：要积极开展学术沙龙活动，鼓励有条件的老科协聚焦科技前沿和老科技工作者关注的问题开展学术交流，搭建老科学家与青年学者相互交流的平台，助力科技创新发展。“老科沙龙”将是今后几年中国老科协打造的新“品牌”。我们要按照这个行动计划的任务要求，努力办好学术沙龙，特别是办好高端学术沙龙，将老科技工作者的智慧和经验转化为推动社会发展和科技进步的动力，服务人才强国战略。

回顾本次论坛，各位专家从不同角度阐述了深海冷泉生态系统与生命过程的相关科学问题。一是沙龙选题前沿。对于有关深海冷泉生态系统在黑暗、高压环境下的生命过程与物质循环等方面的研究，这一国际关注度极高的全新海洋生命科学领域的前沿方向和重大科学问题开展学术研讨，具有极其重要的科学意义，对于探索生命起源和未来深海资源利用也是十分必要的。二是7位专家的主旨报告和邀请报告都非常精彩，展现了我国在此领域已取得的重大进展和技术突破，比如研究装置的耐压结构、梯度压力试验系统、消防救生分系统、平台保障分系统等，这些突破性探究有很高的价值。 三是与会专家自由讨论热烈，特别是座席讨论专家重点围绕“深海冷泉环境特征与化能生态系统”、“深海冷泉生物圈演化与资源利用”、“深海冷泉系统生命过程的物质循环”进行了充分讨论，各抒己见，思想火花不断碰撞，提出许多合理化建议，为本次沙龙营造了很好的氛围。四是中国科学院南海海洋所等研究所围绕国家重大战略需求不断探索科技自立自强的道路，结合正在建造中的国家重大科技基础设施“冷泉生态系统研究装置”，深入谋划深海冷泉生态系统研究的战略部署，开拓创新科研领域，催生海洋新质生产力，服务于国家战略需求、经济社会发展和海洋强国建设，助力大湾区高质量发展，努力抢占科技制高点。

在研讨会期间，专家还提出了一些科学问题和建议。这些意见和建议有许多新思路和启发性作用，有利于助力抢占科技制高点，推动我国科技创新发展。

多年来，中国科学院老科协广大老科技工作者积极发挥余热，投身于助力国家科技创新和科学普及的事业，为实现高水平科技自立自强建言献策，带头营造良好的学术生态，助推作风学风的转变，引导青年一代坚持理想信念、坚守科研道德、坚定创新报国的决心。

中国科学院老科协要认真学习贯彻总书记的重要指示和《关于加强新时代老科学技术工作者协会工作 更好发挥老科技工作者作用的意见》，广大老科技工作者要积极地发挥余热，投身于国家科技创新和科学普及的事业，为实现高水平科技自立自强建言献策，引导青年一代坚持理想信念、坚守科研道德、坚定创新报国的决心。我们要不断总结前几次高端沙龙的经验，继续与中国科学院业务局联合，努力把高端沙龙办成一个品牌，建设成一个学术交流、促进科技创新发展的平台。

在第七次高端沙龙即将落幕之际，我对沙龙的后续工作提3点希望：

1.会务组要尽快对有关专家的研究成果和专家建议进行整理，将会议的成果编辑成册，并有针对性地给中国科学院、国家有关部门提出科学、合理的综合性建议，让本次会议的成果能最大化的发挥作用。

2.为广大公众提供科普知识，引起公众的重视。我代表中国老科协、院老科协邀请与会专家在适当的时候为公众作高端科普报告，同时邀请各位专家为科学智慧火花栏目撰写科学视点文章，以促进公民素质的提高，为抢占科技制高点，营造良好的氛围贡献力量。

3.认真总结本次高端沙龙的成功经验，为中国老科协、中国科学院老科协下一步办好高端沙龙提供可借鉴的经验。

同志们：今年是南海海洋所成立65周年，在此，我代表中国老科协、中国科学院老科协向南海海洋所建所65年表示热烈祝贺！中国的传统节日中秋节到来之际，我提前向所有与会领导、专家学者和工作人员表示节日的祝福，祝大家中秋快乐，阖家幸福！

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