[發明專利]一種深海冷泉生態系統形成演化模擬系統及方法

有效

• 申請號: 202010224754.0
• 申請日: 2020-03-26
• 公開（公告）號: CN111477084B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 張偲;馮景春;楊志峰;孫龍濤;蔡宴朋;祝振昌
• 申請（專利權）人: 南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）;廣東工業大學
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

本發明提供的一種深海冷泉生態系統形成演化模擬系統及方法，通過所述系統實現冷泉生態系統的模擬，形成了海底界面以上單元、海底界面生態系統模擬單元和海底界面以下單元，為冷泉生態系統的演化提供了環境條件；同時，通過環境條件控制設備、取樣艙、海底流注入系統模擬生態冷泉系統原生演替和次生演替，對系統的形成環境進行了原位重塑，有效縮短了野外觀測研究冷泉生態系統的周期，相對于現有的海底觀測調查手段不僅可以觀測研究冷泉生態系統的形成和演化，還可以抓住發育過程中關鍵特征點實時取樣分析，拓寬了冷泉生態系統研究的深度，不僅可以節約海底原位觀測調查研究需要的巨額成本，有效避免研究計劃受海洋惡劣風浪環境等不利條件的影響。

技術領域

本發明涉及海洋生物資源開發技術領域，更具體的，涉及一種深海冷泉生態系統形成演化模擬系統及方法。

背景技術

冷泉是在海底沉積界面之下的以水、碳氫化合物、硫化氫、細粒沉積物為主要成分的流體以噴涌或滲漏方式從海底溢出的海洋地質現象，并產生系列的物理、化學及生物作用。目前在全球大陸邊緣已經發現有900多個活動冷泉。冷泉的溫度與海底周圍溫度基本一致，由于溢出的流體富含甲烷、硫化氫等組分，能夠給一些化能自養合成的細菌和古菌提供豐富的養分。給依靠化能自養的微生物提供了碳源和能量來源，從而供應冷泉生物群的食物和能量基礎，并繁衍成獨特的冷泉生態系統。冷泉生物如管狀蠕蟲可對化能自養菌共生存在，不同的冷泉生物對化能自養菌的依附性不同，根據依附性大小，冷泉生物群落可分為非轉性種(如短尾亞目甲殼動物、腹足動物、海葵等)、潛在專性種(如帽貝、螃蟹、和腹足動物等)、專性種(蛤類、管狀蠕蟲、貽貝類和菌席等)。冷泉生物具有獨特的生物多樣性和極高的生物密度性，為發現新的微生物代謝途徑，生存對策和極端生命演化提供了前所未有的機遇。

目前，冷泉生態系統的調查研究主要是運用深海探測調查裝備如纜控潛器、遙控潛器等進行調查研究。然而由于海域環境的多樣性、深海環境的復雜性和探測設備的局限性，當前關于冷泉生態系統的調查研究僅限于有限的片段性調查和認識，不同地域類型的種群和生態系統發育差別很大，冷泉生態系統的群落結構、種群特殊性、生態位、食物鏈、生命策略、生境斑塊的聯通性、生態系統發育控制因素等前沿科學問題尚有很多未解之謎。研究冷泉生態環境系統的控制因素及發育機制，亟需開展原位冷泉生態環境的重塑模擬研究，進一步拓展冷泉生態環境研究的空間和深度。目前，國內已有學者成功利用簡易可移動性的壓力系統培養了65株嗜壓菌。構建了遺傳操作系統的深海嗜壓/耐壓細菌和古菌7株，其中國內有4株；利用高壓培養系統和組學技術，解析極端生命代謝途徑(如甲烷氧化古菌的厭氧甲烷氧化途徑)，為冷泉原位重塑實驗模擬系統的可實現性提供了科學基礎，但是仍然缺乏系統的培養冷泉生態的系統和方法進行冷泉生物的培養和生態系統的研究。

發明內容

本發明為克服現有缺乏系統的培養冷泉生態的系統和方法，存在無法對開展原位冷泉生態環境的重塑模擬研究，進一步拓展冷泉生態環境研究的空間和深度的技術缺陷，提供一種深海冷泉生態系統形成演化模擬系統及方法。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

一種深海冷泉生態系統形成演化模擬系統，包括高壓模擬腔，在高壓模擬腔中進行地質分層構建，由上而下包括海底界面以上單元、海底界面生態系統模擬單元和海底界面以下單元；所述海底界面以上單元用于海底水體情況的模擬；所述海底界面生態系統模擬單元用于模擬海底界面及深海冷泉生態系統；所述海底界面以下單元用于模擬海底分布及冷泉的發育過程；

在所述高壓模擬腔上設置有環境條件控制設備，用于系統環境條件的控制及數據的采集；

在所述高壓模擬腔上設置有取樣艙，用于深海冷泉生態系統樣品的放置及采集；

在所述高壓模擬腔上設置有海底流注入系統，所述海底流注入系統用于向海底界面生態系統模擬單元注入深海海水，達到洋流模擬的作用；

所述取樣艙、海底流注入系統控制端與所述環境條件控制設備電性連接。