[发明专利]一种深海冷泉生态系统形成演化模拟系统及方法

说明书

本发明提供的一种深海冷泉生态系统形成演化模拟系统及方法，通过所述系统实现冷泉生态系统的模拟，形成了海底界面以上单元、海底界面生态系统模拟单元和海底界面以下单元，为冷泉生态系统的演化提供了环境条件；同时，通过环境条件控制设备、取样舱、海底流注入系统模拟生态冷泉系统原生演替和次生演替，对系统的形成环境进行了原位重塑，有效缩短了野外观测研究冷泉生态系统的周期，相对于现有的海底观测调查手段不仅可以观测研究冷泉生态系统的形成和演化，还可以抓住发育过程中关键特征点实时取样分析，拓宽了冷泉生态系统研究的深度，不仅可以节约海底原位观测调查研究需要的巨额成本，有效避免研究计划受海洋恶劣风浪环境等不利条件的影响。

技术领域

本发明涉及海洋生物资源开发技术领域，更具体的，涉及一种深海冷泉生态系统形成演化模拟系统及方法。

背景技术

冷泉是在海底沉积界面之下的以水、碳氢化合物、硫化氢、细粒沉积物为主要成分的流体以喷涌或渗漏方式从海底溢出的海洋地质现象，并产生系列的物理、化学及生物作用。目前在全球大陆边缘已经发现有900多个活动冷泉。冷泉的温度与海底周围温度基本一致，由于溢出的流体富含甲烷、硫化氢等组分，能够给一些化能自养合成的细菌和古菌提供丰富的养分。给依靠化能自养的微生物提供了碳源和能量来源，从而供应冷泉生物群的食物和能量基础，并繁衍成独特的冷泉生态系统。冷泉生物如管状蠕虫可对化能自养菌共生存在，不同的冷泉生物对化能自养菌的依附性不同，根据依附性大小，冷泉生物群落可分为非转性种(如短尾亚目甲壳动物、腹足动物、海葵等)、潜在专性种(如帽贝、螃蟹、和腹足动物等)、专性种(蛤类、管状蠕虫、贻贝类和菌席等)。冷泉生物具有独特的生物多样性和极高的生物密度性，为发现新的微生物代谢途径，生存对策和极端生命演化提供了前所未有的机遇。

目前，冷泉生态系统的调查研究主要是运用深海探测调查装备如缆控潜器、遥控潜器等进行调查研究。然而由于海域环境的多样性、深海环境的复杂性和探测设备的局限性，当前关于冷泉生态系统的调查研究仅限于有限的片段性调查和认识，不同地域类型的种群和生态系统发育差别很大，冷泉生态系统的群落结构、种群特殊性、生态位、食物链、生命策略、生境斑块的联通性、生态系统发育控制因素等前沿科学问题尚有很多未解之谜。研究冷泉生态环境系统的控制因素及发育机制，亟需开展原位冷泉生态环境的重塑模拟研究，进一步拓展冷泉生态环境研究的空间和深度。目前，国内已有学者成功利用简易可移动性的压力系统培养了65株嗜压菌。构建了遗传操作系统的深海嗜压/耐压细菌和古菌7株，其中国内有4株；利用高压培养系统和组学技术，解析极端生命代谢途径(如甲烷氧化古菌的厌氧甲烷氧化途径)，为冷泉原位重塑实验模拟系统的可实现性提供了科学基础，但是仍然缺乏系统的培养冷泉生态的系统和方法进行冷泉生物的培养和生态系统的研究。

发明内容

本发明为克服现有缺乏系统的培养冷泉生态的系统和方法，存在无法对开展原位冷泉生态环境的重塑模拟研究，进一步拓展冷泉生态环境研究的空间和深度的技术缺陷，提供一种深海冷泉生态系统形成演化模拟系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种深海冷泉生态系统形成演化模拟系统，包括高压模拟腔，在高压模拟腔中进行地质分层构建，由上而下包括海底界面以上单元、海底界面生态系统模拟单元和海底界面以下单元；所述海底界面以上单元用于海底水体情况的模拟；所述海底界面生态系统模拟单元用于模拟海底界面及深海冷泉生态系统；所述海底界面以下单元用于模拟海底分布及冷泉的发育过程；

在所述高压模拟腔上设置有环境条件控制设备，用于系统环境条件的控制及数据的采集；

在所述高压模拟腔上设置有取样舱，用于深海冷泉生态系统样品的放置及采集；

在所述高压模拟腔上设置有海底流注入系统，所述海底流注入系统用于向海底界面生态系统模拟单元注入深海海水，达到洋流模拟的作用；

所述取样舱、海底流注入系统控制端与所述环境条件控制设备电性连接。