深海热液、冷泉等典型生物圈已成为探索生命起源、地球环境演变与生物进化的研究热点。然而对于这些深海典型生物圈的形成机制，目前却知之甚少。生物群落的形成是生物圈形成的基础，而能量是驱动生物群落形成的第一要素。在深海中缺乏太阳能，推测还原性气体可能作为能量支持了深海生态系统生物群落的生存，但一直以来，这一推论缺少直接有力的证据。
为佐证这一推论，我实验室海洋生命过程与生物资源利用创新团队采用“深海原位人工诱导培养观测”的新思路，创新设计了一套深海原位长期实验装置（命名为“群落发生器”，图1）。
图1. 深海生物群落的人工构造：A.深海生物群落产生器的图形模型；B.深海生物群落产生器的结构示意图；C.深海生物群落产生器诱导的微生物群落形成进展（箭头指示微生物）；D.生活在深海生物群落产生器中的动物（箭头显示了两栖动物和水母）。
通过突破多项深海关键技术，群落发生器运用能量物质甲烷的缓释控制机构实现了海底部署期间能量物质的长期持续供给，使得在深海进行原位生态系统长期诱导培养及持续观测成为可能。研究者们利用群落发生器开展了多次海试应用，在1000米以上水深累计布放时间长达17个月，并获取了大量培养和对照水样。结果发现，微生物首先出现在群落发生器中，包括细菌和古菌，其次是水母和节肢动物，表明利用群落发生器已经成功构建了一个深海群落。对此结果的进一步分析发现，微生物群落中的甲烷厌氧氧化古菌与自然存在的深海冷泉古菌具有相同的特征，是释放出的甲烷的第一个电子受体；随后电子中的能量被转移到下游共生的古菌和细菌中，最后转移到动物。研究还发现，硝酸盐还原细菌是甲烷厌氧氧化古菌完成甲烷厌氧氧化（AOM）过程的共生伙伴；同时在深海生物群落的起源过程中，病毒与这些生物共存。
这一研究模拟了一个自然的深海生态系统，实时观测了生物群落形成过程，为证明甲烷等还原性有机分子的化学能可作为能量支持深海生态系统的生物群落提供了直接证据，也为研究深海生物圈形成机制奠定了基础。
该研究成果于2021年3月在国际环境微生物领域最具影响力的Environmental Microbiology杂志发表，题目为“Artificial construction of the biocoenosis of deep-sea ecosystem via seeping methane”。创新团队核心成员章晓波教授与其博士研究生孙旭梅为文章的共同通讯作者，同时孙旭梅亦为文章第一作者。
该研究得到了科技部国家重点研发计划（2016YFC0302403、2018YFC0310703）及南方海洋实验室创新团队建设科研经费的支持。
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