採礦區下方龐大的病毒群落
研究太平洋克拉里昂－克利珀頓區（Clarion-Clipperton Zone）沉積物的科學家，鑑定出11,742種不同病毒，其中11,662種是先前未曾記錄的類型。這片海域正吸引企業高度關注，業者希望從海床開採金屬。新發現的病毒占總數逾99%，揭示這個生態系統中一個尚未充分建檔的領域，而採礦活動可能擾亂這裡的環境。
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這項研究刊登於《Nature Communications》，研究人員包括重慶大學的侯博文與張麗蘭，以及中國第二海洋研究所的董松。研究團隊檢視了2023年和2024年從夏威夷與墨西哥之間海域採集的60多份沉積物樣本，當地海深約6,000公尺。
大多數病毒似乎適合感染細菌與古菌。這兩類微生物有助於海床的養分循環。研究發現關乎一個偏遠生態系統的運作，目前看來對人類健康幾乎沒有直接威脅。
這項發現出現在研究人員探討兩個相互關聯問題之際：採礦可能如何改變海床的微生物群落，以及保護區是否有助受損棲地復原。另一項電腦模擬研究指出，該區13個保護區之間的動物幼生交流非常有限；歐洲一支考察隊則正在調查2021年採礦設備試驗留下的損害。
這些研究為棘手的保育問題提出具體數據。科學家仍在辨識採礦區內的生物，政府與企業卻已在考量可能移除其棲地並擾動周邊沉積物的活動。
研究人員如何找到隱藏的病毒
中國研究團隊從兩年間採集的沉積物岩心中，萃取攜帶遺傳資訊的分子DNA與RNA。他們使用宏基因組定序，這種方法可讀取混合環境樣本中的遺傳物質，不必先在實驗室分別培養每種生物。
這種方法讓科學家能從少量泥土中搜尋多種病毒的遺傳痕跡。接著將這些序列與現有序列比對，有助於辨識不同病毒群，並探查病毒可能感染哪些生物。
研究辨識出的蛋白質群集中，只有約4%與全球現有資料庫相符。蛋白質在細胞與病毒內執行許多功能，研究人員會將相似的蛋白質歸為一組，以尋找共同功能或演化關係。比對率偏低，顯示這種深海遺傳多樣性仍有很大部分尚未建檔。
兩個醒目的百分比代表不同的測量結果。逾99%指的是先前未曾記錄的病毒；約4%則是蛋白質群集與資料庫紀錄相符的比例。兩者都顯示，現有科學紀錄對這個群落的收錄仍有限。
這些病毒在海床上扮演什麼角色
細菌與古菌會進行化學反應，讓碳、氮、磷、硫及金屬在深海沉積物中循環。在沒有陽光的環境裡，這些反應有助於維繫當地食物網，並決定物質如何儲存或釋出。
病毒會感染微生物宿主，進而影響這些過程。有些病毒帶有輔助代謝基因，這些遺傳指令可能改變受感染細胞處理養分或適應周遭環境的方式。研究團隊發現遺傳線索，顯示結核區的病毒可能影響微生物代謝，包括對金屬壓力的可能反應。
這些功能仍有待進一步研究。遺傳序列能讓研究人員辨識可能的活動；要確認這些活動如何在整片海床發揮作用，還需要測量活體群落。
研究人員在《Nature Communications》中說明這項調查的目的：
為未來環境影響評估建立重要的採礦前微生物生態系基準資料。
基準資料是活動開始前的環境紀錄。在此案例中，它能為未來調查提供起點，追蹤病毒群落、其宿主及其支持的化學過程如何變化。
同一片海床為何吸引採礦業者
克拉里昂－克利珀頓區蘊藏全球已知規模最大的多金屬結核。這些結核含有錳、鎳、鈷等金屬，受到電子產品與電池等工業用途的青睞。
根據病毒研究附帶的數據，國際海底管理局已核發31份深海礦產探勘合約，其中17份位於克拉里昂－克利珀頓區，包括5份由中國持有。探勘合約允許調查礦床與環境狀況；商業開採則還須經過進一步的監管程序。
結核也為海床提供堅硬表面，而海床其他部分主要由細泥構成。動物會附著在結核上，其中一些動物也為其他生物提供庇護。因此，移除結核不僅會帶走礦物，也會消除生物棲身之處。
德國基爾赫姆霍茲海洋研究中心（GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel）的生物地球化學家、調查採礦影響的SONNE考察隊首席科學家馬提亞斯・海克爾博士（Matthias Haeckel）描述結核上的生物：
通常每顆結核上都能找到兩到三種小型生物，
結核的生長速度極慢。海克爾考察隊的報告指出，結核每百萬年約增長1至2毫米。不同類型與地點的結核生長速度各異，但重建這些棲地需要地質尺度的時間，遠遠超過一項採礦計畫的期限。
擾動可能波及採集車行經路線以外的區域
採礦車輛會移除結核並翻攪表層沉積物。細小顆粒可能揚入水中、隨流漂移後再次沉降，覆蓋採集車直接行經路線以外的生物。固定在結核上的動物幾乎沒有機會逃離。
海克爾說明沉降物質如何影響不同動物：
有些生物能清理自己，有些則不能。從水中濾取食物的生物，也很可能受到影響，
病毒研究揭示了可見動物之下另一層擾動。沉積物移動可能改變病毒與宿主的棲地、彼此接觸的機會，以及微生物群落處理養分與金屬的方式。作者引述的早期擾動實驗發現，結核區沉積物受到的影響持續了數十年。
研究團隊也指出一種可能的部分復原來源：深層與表層沉積物中共有的病毒群與遺傳功能。深層群落或許能協助部分表層群落在受擾動後重建。這種協助的程度，以及採礦對這些病毒與其宿主的影響，目前仍未知。
重返2021年採礦試驗地點
研究船SONNE執行的SO322考察任務，正在調查克拉里昂－克利珀頓區的一處場址。比利時公司Global Sea Mineral Resources於2021年春季曾在此測試遙控採集車，試驗地點水深超過4,000公尺。
這台機器在74小時內行進約32公里，並在54,000平方公尺範圍內採集結核，相當於5.4公頃。這個面積足以讓研究人員調查採集車行經路線，以及受試驗影響的周邊沉積物。
考察隊集結來自7個歐洲國家、17個機構的39名研究人員。設備包括遙控無人探測載具KIEL 6000、自主水下載具ABYSS、置於海床的儀器，以及沉積物採樣設備。這項工作屬於MiningImpact研究計畫的一部分，該計畫自2015年起研究採礦可能造成的影響。
科學家計畫檢視海床與水中的棲地、評估沉積羽流效應會持續多久，並探討在結核被移除的地方設置人工硬質表面，是否有助生物重新定殖。
海克爾描述仍待完成的生物辨識工作規模：
克拉里昂－克利珀頓區（CCZ）有許多物種極為稀有；截至目前，我們採集的物種約有90%仍未辨識，也沒有名稱。沒有人知道還有多少物種有待發現，
這項估計指的是考察隊研究人員採集的物種；病毒研究所稱的99%，則是其沉積物調查中新記錄病毒所占比例。兩項數據衡量的是這個區域未充分建檔的生物多樣性中不同的部分。
保護區之間的連結路徑有限
莫莉・肯德爾・詹姆斯（Molly Kendall James）及同事主導的一項研究刊登於《Nature Ecology & Evolution》，探討克拉里昂－克利珀頓區的13個「特別環境關切區」是否構成彼此連結的保育網絡。
許多海床動物以隨洋流漂流的幼生型態開始生命。如果幼生能在保護區之間移動，族群便可能交流基因，並為其他地點帶來新的個體。研究人員使用洋流資料進行移動模擬，每次模擬超過6,800萬個粒子。
這些粒子代表在海床附近漂流19、35或69天的幼生。模擬涵蓋2019年與2023年的1月和7月。即使以最長的漂流時間模擬，移動距離中位數仍不到100公里；相較之下，各保護區之間的距離約為200至800公里。
156條可能的保護區直接連結路徑中，只有5條出現任何交流。從某一保護區釋出的模擬幼生，不到0.02%能抵達另一處保護區；而保護區之間逾99%的移動都來自3條路徑。
模型將幼生限制在海床上方約10公尺範圍內。當地幼生的實際存活時間仍所知有限；若幼生游至較高處、進入不同洋流，移動路徑可能改變。研究結果描述的是特定條件下預期的連結狀況，為規劃工作提供一個可驗證的起點。
復原可能從何而來
在模型中，採礦區有76%的沉降幼生來自採礦區內部，19%來自採礦區外的非保護區，只有5%來自保護區網絡。因此，在擾動發生前，當地族群提供了大部分模擬中的補充個體。
接著，研究人員測試採礦區停止提供幼生的情境。採礦區外的非保護區提供其餘定殖幼生的81%，保護區則提供19%。這種變化顯示，指定保護區以外的棲地對復原可能十分重要。
研究團隊找出53個建議設置的廊道網格，每個網格為100乘100公里，可透過中間棲地連結現有保護區。這些網格總面積將達53萬平方公里。
在模型中，保護這些網格可形成151條間接路徑，並使保護區之間的移動增加406倍。從保護區釋出的粒子抵達另一處保護區的比例，也從約每5,556個中有1個，上升至每14個中有1個。
建議廊道範圍中，只有11%與現有合約區重疊。在擾動情境下，擴大的保護網絡為採礦區提供36%的剩餘定殖幼生；現行安排下則為19%。
模型探討的是幼生來源消失的情況。沉積羽流、噪音及其他延伸至採礦邊界之外的影響，仍需進一步評估。這項研究的實際貢獻，是指出哪些地點若增設棲地保護，可能有助於族群之間的移動。
調查持續之際，決策時程漸近
目前的證據涵蓋遺傳調查、洋流模型，以及對採礦試驗場址的實地檢視。每項研究都針對同一項決策的不同面向：可能失去什麼、擾動如何擴散，以及復原可能從何處開始。
主要事件與已公布的後續計畫包括：
- 2015年：MiningImpact啟動，研究深海潛在採礦活動對環境的影響。
- 2021年春季：Global Sea Mineral Resources在克拉里昂－克利珀頓區測試採集車。
- 2023年與2024年：研究人員採集病毒調查所用的沉積物樣本。
- SO322考察任務：科學家調查2021年試驗留下的影響，以及生物重新定殖的可能途徑。
- 2026年11月19日：根據已公布計畫，美國預定在美屬薩摩亞近海進行兩場海床租賃拍賣。
美屬薩摩亞提案涉及太平洋另一處地點，並非克拉里昂－克利珀頓區。兩處擬議租賃區合計面積超過3,100萬英畝，緊鄰羅斯環礁海洋國家紀念區。美屬薩摩亞總督普拉阿利伊・尼可勞・普拉（Pulaali'i Nikolao Pula）反對在該領地海域進行商業採礦。
美國這項提案凸顯，在生態調查持續進行之際，開發太平洋海床礦床的壓力日益升高。在克拉里昂－克利珀頓區，新的病毒名錄為環境評估提供具體工具：研究人員如今可以追蹤數千種先前未記錄病毒群的變化，同時觀察動物、沉積物化學及棲地連結的變化。
就保育規劃而言，這些研究指出兩項必須同步進行的工作。科學家需要了解一片海床內的生物與生態過程，監管機關則需要考量該區域與周邊地帶的連結。移除結核會影響前者；破壞生物重新定殖的路徑則會影響後者。
重點摘要
- 研究人員在克拉里昂－克利珀頓區沉積物中鑑定出11,742種病毒，其中11,662種是先前未曾記錄的類型。
- 大多數病毒似乎與細菌及古菌有關，並可能影響養分循環及生物對金屬的反應。
- 沉積物受擾可能影響病毒群落，以及生活在結核上的動物。
- 一項洋流模型發現，13個保護區之間156條可能路徑中，只有5條存在直接連結。
- 增加53條建議棲地廊道，大幅提升了模型中的連結程度。
- SONNE考察隊正調查2021年採礦試驗的影響，為環境評估與監管提供依據。
