潜水器在深海生物多样性研究中的应用进展

简要介绍了世界主要海洋国家潜水器的建设情况,并重点分析了潜水器在深海不同生境生物多样性研究中的应用,包括热液系统、冷泉、海山、峡谷和海沟等,以及深海生物多样性保护等几个方面。旨在为我国深海生物多样性研究提供参考,并推动我国潜水器在深海科学考察中的应用。     

深海生物原位实验与生态监测研究进展

深海在黑暗、高静水压、低温（黑烟囱等热液系统除外）和寡营养的极端环境下形成了特殊的生境。对深海生物/微生物的研究,不仅可以揭示各种深海生物的生理代谢特性和动态变化规律,而且有助于深海生物资源的开发利用,特别是深海微生物碳循环机制的相关研究可为全球实现碳中和目标提供新的路线图。研究深海生物的首要条件是获得大量保持原位特性的样本,然而传统深海采样手段的局限可能导致深海相关研究结果无法反映深海环境下真实的生命过程,亟需发展满足深海生物原位研究的采样方法和生态监测技术。本文对深海生物研究现状,相关科学问题和原位组学研究进展,以及原位生态监测装备研发和应用进行综述,并对深海原位生物实验室进行了展望。     

南海深海生物多样性国际研究态势与热点分析

南海是西太平洋边缘海,有陆架、陆坡、岛礁、深海平原、海山、冷泉等多种生境,近10年来南海逐渐成为世界深海研究的热点。南海是中国海洋生物多样性最高的区域,与作为海洋生物多样性中心的印太珊瑚大三角区具有一定的环境与生物连通性,对南海的深海生物探测研究可丰富对西太平洋及印太交汇区生物多样性及地理分布格局的认知。目前有关南海的生物多样性研究主要集中在北部陆架浅海及岛礁,对于深海生物多样性认知明显不足。本研究梳理了全球深海生物多样性的主要国际战略布局,并对南海深海生物多样性SCIE论文发表情况进行了综合分析,探讨了南海深海生物多样性研究态势,对未来南海深海生物多样性调查与研究提出了研究展望和建议。     

深海探测技术研发和展望

深海探测是人类实现可持续发展的战略途径和重要手段。为加快我国开发利用深海资源的进程,文章系统梳理深海探测技术及其研发,分析关键性深海探测技术,并提出深海探测技术的发展趋势。研究结果表明:全球积极研发深海探测技术,主要包括载人潜水器等深海运载器探测技术,声学、光学、电磁学和热学等深海传感探测技术以及生物、海水和岩芯等深海取样探测技术;我国也取得一系列研究成果,但技术水平和产业化水平总体较落后;精确、可靠和高效深海探测的关键性技术主要包括深海光学通信技术、深海导航定位技术、深海动力能源技术和深海装备材料技术,亟须技术攻关;未来深海探测技术将向体系化、协同化和智能化方向发展。     

深海高技术发展现状及趋势

深海高技术是海洋开发和海洋技术发展的最前沿和制高点,是国家综合实力的集中表现,也是目前世界高科技发展的方向之一。深海高技术是综合性的技术,主要包括:深海环境监测技术,深水油气、矿产、生物及其基因资源勘查和开发技术,深海运载平台和作业技术。文章综合了国外深海高技术发展的最新动态,研究了国外深海高技术的研究现状,分析了深海高技术的发展趋势,对了解认识我国与世界先进水平之间的差距,深入开展我国深海高技术的发展具有重要的意义。     

南海——我国深海研究的突破口

近两年来,海内外和海峡两岸的中国科学家围绕深海研究进行反复研讨,一致认为南海是我国深海研究的首选,并初步形成了“南海深部计划”的研究方案,提出以“构建边缘海的生命史”为主题,从洋壳深海盆的演化、深海沉积、生物地球化学过程三方面开展研究的建议方案。他们建议：利用现代技术重新测定南海磁异常条带,争取钻探大洋壳,系统研究火山链;观测现代深部海流和海底沉积过程,从深海沉积中提取边缘海盆演化的信息;认识海底溢出流体与井下流体的分布与影响,揭示微型生物在深海碳循环中的作用。争取在科学和技术全国性合作的基础上,在南海实现我国深海研究的突破。     

基于R-FCN_ResNet的深海冷泉区生物的识别与分布研究

针对深海冷泉生物数量多、密度大、特征低,人工识别它们的种类和数取它们的数量耗时费力且准确度低这一问题,利用残差学习块,改进了基于区域的全卷积网络算法,用以深海冷泉生物的自动识别与检测。首先,构建了一组包括5类目标生物的深海冷泉生物图像目标检测数据集;然后,在TensorFlow框架下对比了R-FCN_ResNet、Faster R-CNN和SSD_MobileNet三种典型的卷积神经网络算法。从训练耗损时间、平均检测速度、平均置信度三方面权衡,突出了R-FCN_ResNet模型的优势;最后,将测试集图片输入至该模型中检测深海冷泉生物的种类和数量,并且以此复现了生物的分布情况。实验证明,所提方法结合本文数据集进行的深海冷泉生物识别与分布研究,是有效可行的,且具有较高的目标分类和定位准确率。     

深海热液口大型底栖生物遗传多样性的研究进展

深海热液口及其生物群落自1977年发现以来,受到海洋生物学界的广泛关注。近年来伴随深海调查技术的进步,大量热液生物群落相继被发现,并在生物地理学、生态学和生物多样性方面取得了显著的进展。目前,受采样不足及分类学研究的限制,针对深海热液口的遗传多样性研究多集中于大型底栖生物。本文拟对该领域的研究成果进行简要综述,以期加深对深海热液口大型底栖生物的物种分布模式、扩散途径及群体连通性的认识,为深海热液口生物多样性的研究提供新视角。     

深海虫虫记

环境恶劣的深海并非一个不毛之地,而是一个生机勃勃的地方。随着深海探测技术的进步,庞贝蠕虫、玉钩虫、萨马乌贼蠕虫……越来越多的深海原著民正在进入人类的视野。直到20世纪60年代,科学家仍普遍认为深海生物非常稀少。造成这种错觉的原因是,当时主要通过水下摄影来调查数千米深处的海底生物,发现的结果完全取决于照片的质量。     

热液和冷泉10种无脊椎动物基因组大小测定及比较

基因组大小(或称C值)作为生物单倍体细胞中全套染色体的DNA总量,在一定程度上是恒定的,因而C值可以作为生物物种的一个特定参数。深海热液和冷泉为更好地理解C值与不同环境之间的关系提供了一个特征性的模型。本文采用流式细胞术,测定了来自热液和冷泉环境中的10种深海无脊椎动物的C值,其分布范围从0.87 pg到12.28 pg,其中,相比于软体动物和多毛类,甲壳生物基因组大小及变异均较大。对比热液和冷泉两个群落中共有种(深海偏顶蛤Bathymodiolus platifrons、柯氏潜铠虾Shinkaia crosnieri以及长角阿尔文虾Alvinocaris longirostris)的基因组大小,发现C值差异并不显著。同时,综合已有的数据,对深海化能极端环境与其他环境条件下的物种C值进行对比分析,结果显示深海化能极端环境下生物的基因组大小并没有发现明确的变化趋势。     

初识盲虾和泉蟹

正我出生在厦门,生长在海边,认得许多海洋里的生物。至于海底深处神秘莫测的生物,除了影视画面,既不具名,也未谋面。幸运的是,我参加了第九届全国中学生海洋知识夏令营,在国家海洋三所深海生物实验室,见识了盲虾和泉蟹等深海生物的"庐山真面目"。走进深海生物实验室,墙上挂着一台很大的显示器。研究员老师让我们观看了一段录像,没有片名,我们姑且称为"海底黑     

低氧环境下的生存故事

通常情况下,我们会认为增加了氧气的深海对鱼类应该是一件有益的事,但是千百年来,那些长期蛰伏的深海生物,已经适应了缺氧的环境,突然有新鲜的氧气注入,便容易产生氧中毒。深海里氧气稀薄,为了生存,生物不得不为了适应环境而缓慢进化。比如尽量减少活动或者干脆不动,长期蛰伏,以减少身体对氧气的需求。所以尽管深海里环境恶劣,     

深海化能生态系统大型生物多样性分布格局及其起源演化研究进展

深海被认为是地球上尚未被认识和开发的“最后疆域”,深海环境不仅可满足人类对未来资源的部分需求,还孕育出了独特的生态系统和特殊的生命过程。地球上绝大部分生态系统是利用光合作用来维持生命循环,而深海中存在着以化能合成为基础的生态系统。本文重点综述了国内外关于深海化能生态系统中大型生物多样性及其起源演化方面的研究进展,并对印太交汇区深海极端环境的生物多样性研究趋势和发展方向进行了展望。     

海底热液系统氨基酸合成的探索

热水生物与地球生命起源的关系是当前引人注目的热点之一。由于缺乏食物来源,深海环境一直被认为是生命的“禁区”。然而目前的研究发现,热液活动为海底生物提供了食物和能源,从而在生命的“禁区”里形成了特殊的生物群[1,2]。据不完全统计,在海底黑烟囱喷口周围已经建立了一个     

自主式深海海底溶质通量原位观测站研究进展

针对深入了解深海海底界面的物理、化学和生物动态变化过程及机制的观测需求,综述了自主式海底观测站(着陆器,lander)在深海海底溶质通量监测的研究进展。探讨了海底观测站的设计与实施技术,分析总结了深海自主式原位观测站在沉积物-水界面化学组分通量的观测机理,讨论了自主式海底观测站的国内外发展现状。自主式海底观测站具有可灵活机动选择观测地点、操作简单、便于多参数综合测量的特点,为获取深海海底长时空尺度综合参数资料提供了有效的技术支撑。根据目前深海生物地球化学循环研究特点,提出了自主式海底观测站面临的问题与发展建议。     

自然资源部海洋生物遗传资源重点实验室简介

正"自然资源部海洋生物遗传资源重点实验室"(以下简称实验室)创建于1991年,是徐洵院士创立的我国第一个从事海洋生物基因工程研究的实验室,目前已经形成了富有特色的3个研究方向:深海生物多样性与生命过程、深海生物资源获取与应用潜力评价、海洋生物资源开发利用。三十年来,实验室不断发展壮大。1997年实验室被评为原国家海洋局重点实验室; 2002年与中国大洋协会共建"中国大洋生物基因研发基地"; 2003年实验室被批准为福建省重点实验室; 2005年被科技部批准     

可下潜600米的深海潜球

美国研制出一种悬垂式微型深海潜球。它只有一个座位;高为2.5米、直径为1米,重400多公斤;可以下潜到600米深处。人坐在里面,能观察到迄今从来未捕捞过的生物。这种微型深海潜球的顶端装有透明的丙醛烯的椭圆形帽子,还有两个柔软的抓手。研究者用脚踏     

中国海及西太平洋生物分类研究进展及展望

分类学是现代生物学的基础学科,对海洋生物的分类认知是海洋生物多样性保护及资源利用的前提。我国的海洋生物分类学研究以中国近海为主,经过一个世纪尤其是近70年的发展,已基本认识了中国海域的生物种类构成和分布状况。近十年来,开展了规模不等的深海生物探测与取样,海洋生物分类研究拓展至深海。然而,总体上,我国不少海洋生物类群的分类研究还不充分,一些类群尚欠缺研究,仍有大量未知的生物待发现。本文以研究较为集中和系统的中国近海和西太平洋深海为主,概述了中国学者在海洋生物分类研究领域的总体进展,尤其是近十年来的进展。同时,结合国内外发展现状和趋势分析,就我国未来海洋生物分类学研究的开展,包括分类学科发展方向、平台建设、支撑体系等方面,提出一些想法和建议。     

美国深海潜水器5000米海底发现未知生物

正近日,美国海洋与大气管理局"深海发现"号潜水器在深海发现了很多奇异的生物。在此次深海探索任务,"深海发现"号从夏威夷海岸附近海域下水,潜入到大约4829米深的海底,并成功发回光波信号,实况直播海底探索过程。"深海发现"号发回的图像和视频显示,尽管在数千米的洋底暗无天日,寒冷又高压,但是"深海发现"号仍然能够发现大量的海洋生物生活于这种极端环境中,如细长黏滑的海参、高茎海绵、管状蠕     

深海黏土定年研究进展

深海黏土广泛分布在水深超过碳酸盐补偿深度(CCD)以下的大洋盆地中,其沉积速率十分缓慢,只有少量的生物组分(主要是生物磷灰石)被保存,通常具有较高的稀土元素含量;海洋沉积物常用的磁性地层与生物地层相结合的定年手段通常不能有效使用。因此,深海黏土沉积年龄框架的建立一直存在巨大的困难和挑战,严重阻碍了对沉积环境演化和稀土超常富集机制等方面的深入研究。本文回顾总结了20世纪以来逐步发展应用的多种深海黏土定年方法,主要包括磁性地层、鱼牙⁸⁷Sr/⁸⁶Sr定年、鱼牙U-Pb定年、¹⁰Be测年、²³⁰Th_ex测年、¹⁸⁷Os/¹⁸⁸Os定年、鱼鳞石生物地层、恒定Co通量模型以及常用的地层对比方法。这些方法各具优缺点,单一使用以上任何一种定年方法几乎都难以获得完整可靠的年龄框架。因此,综合运用多种定年方法,对获得的年龄框架进行系统对比和验证,将会更为有效地提高深海黏土年龄框架的可靠性。