当创纪录的高温席卷全球，气候变化的警钟再度敲响。二氧化碳等温室气体的累积是地球升温的核心推手，而破解碳循环的奥秘，尤其是深海碳库的运作机制，成为应对挑战的关键。长期以来，深海沉积物被视作地球最可靠的碳 “保险箱”，数百万年的埋藏让有机碳固结于岩石之中，仿佛陷入永久的沉睡。但中国科学院华南植物园团队 2025 年发表于《Science Advances》的研究，却揭示了一把唤醒这些沉睡碳库的 “温度钥匙”，更揭开了深部生物圈的生存谜底。
地球的碳储存体系中，海洋扮演着无可替代的角色。表层海水中的浮游植物通过光合作用捕获二氧化碳，将其转化为有机碳 —— 一部分进入食物链循环，一部分溶解于水体，还有相当比例随生物残骸下沉，最终埋藏于深海沉积物之下。经过数百万年的地质作用，这些富含有机碳的沉积物逐渐固结为黑色岩石，碳元素被牢牢锁定，形成储量高达 15000000Gt 的深层碳库，其规模远超全球海水 39000Gt 的总碳量。在很长一段时间里，科学家坚信这个碳保险箱固若金汤，难降解的有机碳一旦埋藏便与生物圈彻底隔绝。
打破这一认知的，是深部生物圈的发现。过去数十年的深海钻探揭示了一个惊人事实：在深海沉积物之下数百米甚至上千米的黑暗世界，存在着数量庞大的微生物群落，其总数量与地表所有原核生物总和相当。这些被称为地球 “暗物质” 生命的微生物，生活在无阳光、低氧气、温度可达 100 摄氏度以上的极端环境中，构成了神秘的 “第二个生物圈”。但一个核心谜题始终悬而未决：作为异养生物的它们，如何从极难降解的埋藏有机碳中获取能量？
温度，最终成为解开谜题的关键线索。随着新沉积层不断覆盖，古老沉积物逐渐下沉至更深区域，所处环境的温度也随之升高。这种地质过程中的自然升温，是否能让难降解有机碳重新变得可被生物利用？为验证这一假设，研究团队选取日本南海海槽 780 万年前的沉积物样品，在实验室中模拟了从 20 摄氏度到 85 摄氏度的温度梯度，通过三维荧光光谱和超高分辨质谱等先进技术，追踪溶解有机碳及小分子产物的变化。
实验结果呈现出一幅清晰的 “碳反转” 图景。当温度超过 35 摄氏度的阈值，原本负责封存碳的 “矿物碳泵” 率先反向运转，将吸附于矿物表面的有机碳释放出来，形成易于生物水解利用的物质；温度升至 55 摄氏度时，“微生物碳泵” 也发生逆转，那些曾被微生物固定埋藏的难降解有机碳被重新活化；而当温度突破 85 摄氏度的极端阈值，非生物过程开始主导有机碳降解，将复杂有机物高效分解为乙酸、氢气等小分子产物。这意味着深部微生物在高温环境中无需依赖复杂共生关系，可直接利用这些简单分子维持生存，形成了一条全新的碳降解链条。
这一发现不仅破解了深部生物圈的能量来源之谜，更彻底改写了人类对全球碳循环的认知。研究估算，温度驱动的碳活化过程可使总有机碳中超过 0.25% 转化为生物可利用碳。尽管比例看似微小，但结合深层碳库的庞大基数，实际可利用碳量相当可观。这意味着深海碳库并非永恒稳定的保险箱，温度升高会触发其从 “碳汇” 向 “碳源” 的转变，释放的碳会重新进入生物循环链条。
更值得关注的是，这一机制与地球其他深部碳过程共同构成了复杂的碳循环网络。在中国科学院深海科学与工程研究所团队的另一项研究中，西北太平洋 9533 米深的海沟底部发现了大规模化能合成生态系统，其下方便是产甲烷微生物主导的深部生物圈，将沉降有机质转化为甲烷储存起来。而农业农村部成都沼气科学研究所的研究则揭示，地下深部的嗜甲酸赵氏杆菌可通过全新代谢途径产生甲醇，再由产甲烷古菌转化为甲烷，形成独特的菌群互作模式。这些发现共同证明，深部碳循环远比想象中活跃，且与生命活动存在紧密耦合。
从气候变化视角看，深部碳库的 “苏醒” 具有双重意义。一方面，它解释了极端环境中生命的适应智慧，展现了地球系统的自我调节能力；另一方面，它也提示我们，全球变暖可能通过加速深部碳活化过程，对气候系统产生未知影响。类似地，北极地区的研究已证实，冰盖扩张引发的有机碳再迁移可释放大量溶解无机碳，削弱海洋碳汇能力甚至使其转变为碳源。
深海之下的碳库唤醒机制，为我们理解地球系统提供了全新维度。那些在黑暗高温中运转的碳循环齿轮，既支撑着顽强的深部生命，也维系着全球气候的平衡。随着对 “温度 – 碳 – 生命” 耦合机制研究的深入，人类终将更精准地把握碳循环规律，为应对气候变化提供科学支撑。而深海微生物在极端环境中演化出的生存策略，或许还能为开发碳减排技术、探索新能源提供灵感 —— 这颗蓝色星球的深部奥秘，正等待着更多解锁的钥匙。
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