采矿区下方庞大的病毒群落
研究太平洋克拉里昂—克利珀顿区沉积物的科学家发现了11,742种不同病毒，其中11,662种此前未有记录。该区域正受到寻求开采海底金属的企业密切关注。这些新发现的病毒占总数的99%以上，揭示了一个尚未得到充分编目、且可能受到采矿活动扰动的生态系统组成部分。
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这项研究发表于《自然·通讯》，研究人员包括重庆大学的侯博文、张丽兰，以及中国第二海洋研究所的董松。研究团队分析了2023年和2024年采集的60多份沉积物样本。采样区域位于夏威夷与墨西哥之间，海深约6,000米。
这些病毒大多似乎适于感染细菌和古菌。这两类微生物有助于海底营养物质循环。研究结果关乎一个偏远生态系统的运行，目前看来与人类健康没有明显的直接威胁。
这一发现出炉之际，研究人员正调查两个相互关联的问题：采矿可能如何改变海底微生物群落，以及保护区能否帮助受损栖息地恢复。一项独立的计算机模拟研究显示，该区域13个保护区之间的动物幼体交流极少；与此同时，一支欧洲考察队正在调查2021年一次采矿设备试验留下的影响。
这些研究为一个棘手的保护难题提供了具体数据。科学家仍在识别采矿区内的生物，而政府和企业则在考虑开展可能清除其栖息地、扰动周边沉积物的活动。
研究人员如何发现这些隐秘病毒
中国研究团队从两年间采集的沉积物柱样中提取了DNA和RNA，这两种分子携带遗传信息。研究人员采用宏基因组测序技术，对混合环境样本中的遗传物质进行测序，无需在实验室中分别培养每种生物。
借助这种方法，科学家可以从少量泥样中寻找多种病毒的遗传痕迹。随后将这些序列与现有序列进行比较，有助于识别不同病毒群，并调查这些病毒可能感染哪些生物。
研究识别出的蛋白质簇中，只有约4%与全球现有数据库相匹配。蛋白质在细胞和病毒内部承担许多功能，研究人员会将相似蛋白质归为一组，以寻找共同功能或进化关系。匹配率低，说明这片深海遗传多样性至今仅有很小一部分得到编目。
两个醒目的百分比代表不同的测量指标。“99%以上”指此前未有记录的病毒所占比例；“约4%”指与数据库条目相匹配的蛋白质簇比例。两者都表明，这一群落在现有科学记录中的代表性有限。
这些病毒在海底发挥什么作用
细菌和古菌通过化学反应，在深海沉积物中转化碳、氮、磷、硫和金属。在没有阳光的环境中，这些反应有助于维持当地食物网，并决定物质如何储存或释放。
病毒通过感染微生物宿主影响这些过程。有些病毒携带辅助代谢基因，即可能改变受感染细胞处理营养物质或适应周围环境方式的遗传指令。研究团队发现了遗传线索，表明结核区的病毒可能影响微生物代谢，包括应对金属胁迫的方式。
这些功能仍需进一步研究。遗传序列能帮助研究人员识别可能存在的活动；要确定这些活动如何在海底发挥作用，还需要对活体群落进行测量。
研究人员在《自然·通讯》中这样描述此次调查的目的：
为未来环境影响评估提供重要的采矿前微生物生态系统基线。
基线是指某项活动开始前的状况记录。在这里，它为未来调查提供起点，以追踪病毒群落、其宿主以及它们支持的化学过程发生了哪些变化。
同一片海底为何吸引采矿企业
克拉里昂—克利珀顿区拥有全球已知规模最大的多金属结核矿床。这些结核含有锰、镍、钴等金属，可用于电子产品和电池等工业领域。
根据随病毒研究公布的数据，国际海底管理局已签发31份深海矿产勘探合同。其中17份位于克拉里昂—克利珀顿区，包括5份由中国持有。勘探合同允许调查矿床和环境状况；商业开采则需要经过进一步的监管程序。
结核还为海底提供了坚硬表面，而周围海床主要由细泥构成。动物会附着在结核上，其中一些动物还能为其他生物提供庇护。因此，移除结核不仅意味着清除矿物，也会抹去生物的栖息之处。
基尔亥姆霍兹海洋研究中心生物地球化学家、负责考察采矿影响的“索恩”号首席科学家马蒂亚斯·黑克尔博士介绍了结核上的生物：
通常，每个结核上能发现两到三种小型生物，
结核生长极其缓慢。黑克尔的考察记录显示，其生长速度约为每百万年1至2毫米。不同类型和地点的结核生长速度有所差异，但这些栖息地的重建需要地质时间，远超采矿项目的持续时间。
扰动影响可能超出采矿设备行进轨迹
采矿车辆会移除结核并翻动表层沉积物。细小颗粒可能扬入水中，随水漂移后再次沉降，覆盖采矿设备行进路线周边的生物。固着在结核上的动物几乎没有机会逃离。
黑克尔解释了沉降物对不同动物的影响：
有些生物能清理自己，有些则不能。那些从水中过滤食物的生物也很可能受到影响，
病毒研究揭示了可见动物之下的另一层扰动。沉积物移位可能改变病毒及其宿主的栖息位置、彼此相遇的机会，以及微生物群落处理营养物质和金属的方式。研究作者引用的早期扰动实验发现，结核区沉积物受到的影响可持续数十年。
研究团队还发现了一种可能促进部分恢复的因素：深层沉积物与表层沉积物中存在共同的病毒种群和遗传功能。深层群落或许能帮助一些表层群落在受扰动后重建。这种作用的程度，以及采矿对这些病毒及其宿主的影响，目前仍不得而知。
重返2021年采矿试验地点
“索恩”号科考船的SO322航次正在调查克拉里昂—克利珀顿区的一处地点。比利时公司“全球海洋矿产资源公司”曾于2021年春季在此测试一台遥控采矿车。试验地点水深超过4,000米。
在74小时内，该设备行进约32公里，在54,000平方米的范围内采集结核。面积相当于5.4公顷，足以让研究人员调查设备行进轨迹本身以及受试验影响的周边沉积物。
此次考察汇集了来自7个欧洲国家、17家机构的39名研究人员。考察设备包括遥控潜水器KIEL 6000、自主水下航行器ABYSS、海底观测仪器和沉积物采样设备。这项工作属于“采矿影响”研究计划的一部分，该计划自2015年起研究潜在采矿影响。
科学家计划调查海底和水体中的栖息地，评估沉积物羽流的影响会持续多久，并研究在结核被移除的地方设置人工硬质表面能否促进生物重新定殖。
黑克尔谈到了仍待完成的物种识别工作：
克拉里昂—克利珀顿区的许多物种极其罕见；迄今我们采集的物种中，约90%仍未得到鉴定，也没有名称。没有人知道还有多少物种有待发现，
这一估算针对考察研究人员采集的物种，而病毒研究中的“99%”指沉积物调查中此前未有记录的病毒比例。两者衡量的是该区域未充分编目的生物多样性中的不同部分。
保护区之间的连接路径有限
莫莉·肯德尔·詹姆斯及其同事领导的一项研究发表于《自然·生态与进化》，考察克拉里昂—克利珀顿区的13个特别环境关注区能否构成彼此连通的保护网络。
许多海底动物以幼体形态开始生命旅程，随洋流漂流。如果幼体能在保护区之间移动，各地种群便可能交换基因，并为其他地点补充新个体。研究人员利用海洋环流数据和每次运行超过6,800万个模拟粒子，对这种移动进行了建模。
这些粒子代表在海底附近漂流19天、35天或69天的幼体。模拟覆盖了2019年和2023年的1月与7月。即使按最长漂流时间计算，移动距离的中位数仍不到100公里，而各保护区之间的间隔约为200至800公里。
在156条可能的保护区间直接连接路径中，只有5条出现了任何交流。从一个保护区释放的模拟幼体中，抵达另一个保护区的不到0.02%；保护区之间超过99%的转移都通过3条路径完成。
模型将幼体限制在距海床约10米的范围内。该区域幼体的实际寿命尚不明确；如果幼体游到更高处、进入不同洋流，其移动路径可能会改变。研究结果描述的是特定条件下预期出现的连接，为规划人员提供了一个可供检验的起点。
恢复可能依靠哪些来源
在模型中，采矿区内沉降幼体的来源有76%来自采矿区本身，19%来自采矿区外的非保护区，只有5%来自保护区网络。因此，在受到扰动前，当地种群提供了模拟补充个体的大部分来源。
随后，研究人员测试了一个采矿区不再提供幼体的情景。在剩余的定殖个体中，81%来自采矿区外的非保护区，19%来自保护区。这一变化表明，指定保护区以外的栖息地对恢复可能至关重要。
研究团队确定了53个拟议廊道单元，每个单元面积为100×100公里，可通过中间栖息地连接现有保护区。其总面积将达530,000平方公里。
在模型中，保护这些单元形成了151条间接路径，使保护区间的移动增加至原来的406倍。从一个保护区释放的粒子抵达另一个保护区的比例，也从约5,556个中有1个升至约14个中有1个。
拟议廊道区域中，只有11%与现有合同区重叠。在扰动情景下，扩大的保护网络为采矿区提供了36%的剩余定殖个体，而现有安排下这一比例为19%。
该模型考察的是幼体来源减少的情况。沉积物羽流、噪声以及其他超出采矿边界的影响，还需要进一步评估。这项研究的实际意义在于指出了哪些地方可以通过保护更多栖息地来改善种群间的迁移路径。
调查仍在继续，决策时间日益临近
目前的证据涵盖遗传调查、海洋环流模型以及对采矿试验地点的实地考察。每项研究都在回答同一个决策中的不同问题：可能失去什么、扰动会如何扩散，以及恢复可能从何处开始。
主要事件和已公布的后续安排包括：
- 2015年：“采矿影响”计划启动，研究深海潜在采矿活动的环境影响。
- 2021年春季：“全球海洋矿产资源公司”在克拉里昂—克利珀顿区测试采矿车。
- 2023年和2024年：研究人员采集了用于病毒调查的沉积物样本。
- SO322航次：科学家调查2021年试验造成的长期影响，以及生物重新定殖的可能路径。
- 2026年11月19日：根据已公布的计划，美国将在美属萨摩亚附近举行两场海底租赁区拍卖。
美属萨摩亚提案涉及的太平洋海域与克拉里昂—克利珀顿区不同。两个拟议租赁区总面积超过3,100万英亩，毗邻玫瑰环礁国家海洋纪念区。美属萨摩亚州长普拉阿利·尼科劳·普拉反对在该领地海域进行商业采矿。
美国的提案体现了更广泛的压力：生态调查仍在进行之际，各方已在推动开放太平洋海底矿藏。在克拉里昂—克利珀顿区，新的病毒名录为环境评估提供了具体工具：研究人员如今可以追踪数千种此前未有记录的病毒群是否发生变化，同时观察动物、沉积物化学性质和栖息地间连接状况的变化。
在保护规划方面，这些研究指出两项必须同步推进的工作。科学家需要了解一片海床上的生物和生态过程，监管机构则需要考虑这片海床与周边区域的联系。移除结核会影响前者；破坏生物重新定殖的路径则会影响后者。
要点
- 研究人员在克拉里昂—克利珀顿区沉积物中发现11,742种病毒，其中11,662种此前未有记录。
- 大多数病毒似乎与细菌和古菌有关，可能影响营养物质循环及生物对金属的响应。
- 沉积物扰动可能影响病毒群落，也会影响生活在结核上的动物。
- 一项环流模型显示，13个保护区之间156条可能路径中，只有5条存在直接连接。
- 拟议的53条栖息地廊道大幅增加了模型中的连接数量。
- “索恩”号考察船正在调查2021年采矿试验的影响，为环境评估和监管提供依据。
