33歲下潛馬裏亞納海溝，這位女科學家想繡出海底的“清明上河圖”

極端生物學是上海交通大學副研究員趙維殳傾注全部熱忱之所在。在2021年10月至12月期間，她潛入地球最深處馬裏亞納海溝，探尋海底世界的基因奧秘與生命哲學。澎湃新聞記者 鄒橋

一滴水出現在趙維殳的課堂上，大一新生用清澈的眼神盯着這滴清澈的水。如果不是因為被封裝在儀器中，它看起來沒什麼稀奇。

但下一刻，當得知這滴水的來歷和內涵，沒有學生能忍住不“哇”地出聲。

這滴水來自全世界最深的海底，馬裏亞納海溝約11000米深處，那裏水壓高達1100個大氣壓，相當於20頭大象站在一個指甲蓋上。

跟着這一滴水一起“浮出水面”的，還有近九成此前未被世界認識的微生物。這背後的採集和研究工作，都由趙維殳所在的中國科研團隊完成。

馬裏亞納海溝下的一滴水，被趙維殳做成了教具。 本文圖片均為 受訪者 供圖

2021年11月，33歲的趙維殳搭乘我國自主研發的“奮鬥者”號載人潛水器，下潛到馬裏亞納海溝9700米深處，她的老師肖湘則在同一航次潛往了海溝最深的10909米處。航次結束的近三年時間，科學家團隊爭分奪秒，研究鑑定出7564種深淵原核微生物，其中89.4%為未報道新物種，由此建立並開放出全球唯一的深淵微生物大數據庫。而以趙維殳為核心的數據分析團隊則從中揭示出深淵生態系統的適應策略和新穎性成因，進一步拓寬人類對極端環境下生命過程的認知。

2021年，結束了西太平洋海域深淵科考任務的“奮鬥者”號載人潛水器順利返航（左四為趙維殳，右三為肖湘）

北京時間2025年3月7日凌晨，全球頂級學術期刊《細胞》（Cell）以封面專輯的形式，重磅發佈趙維殳所在“溟淵計劃”研究團隊的深淵生命第一階段科研成果：1篇旗艦文章勾勒項目全貌，3篇研究論文分別聚焦深淵中的原核微生物、無脊椎動物（鈎蝦）和脊椎動物（魚類）——中國科研團隊不滿足於觀察最深點的現象，而力圖勾勒深淵全貌、個體乃至其中“文明”，按照趙維殳的話來説，他們是在繡海底的“清明上河圖”。

3月7日，“溟淵計劃”第一階段成果正式發佈。

1988年出生的趙維殳是上海交通大學生命科學技術學院副研究員，馬裏亞納海溝以外，她的身影還出現在東南印度洋、南海冷泉、青藏高原熱泉、珠峯登山大本營等出海和野外科考一線，探索着極端環境下微生物的生命過程。她還喜歡琢磨如何將這些科考經驗和科學知識帶去學生的課堂，顯然也擅長於此。就在2024年，趙維殳以組別第一名的成績，拿下全國高校青教賽理科組一等獎。

一個探險者和她的“溟淵”時刻

2021年11月13日，夜間潛次，在馬裏亞納海溝九千多米的深淵，趙維殳知道有些東西向她打開了。

能來到這個地方，對趙維殳是偶然也是必然。趙維殳本科也就讀於上海交大，大三那年，上海交大生命科學技術學院/微生物代謝國家重點實驗室、深部生命國際研究中心主任肖湘剛開出一門《海洋世界探秘》的通識課，深深吸引了當時來旁聽的趙維殳。肖湘也很快發現了這個對科研感興趣的好苗子，在趙維殳大四那年，肖湘把她送上了中國當時唯一的深海遠洋科考船“大洋一號”。這個當時船上唯一的本科生，親手摸着採來的冰涼海水，眼神望向海底，決心開啓極端生命的探索之旅。

2020年2月，中國研發生產的“奮鬥者”號載人潛水器完成了總裝和陸上聯調。同年 11月，“奮鬥者”號在馬裏亞納海溝成功達到最深處，坐底深度10909米。在此背景下，中國科學家果斷決定啓動去往馬裏亞納海溝的科考航次，由上海交通大學、中國科學院深海科學與工程研究所、華大集團等多家單位聯合主導的“溟淵計劃”（馬裏亞納海溝環境與生態研究計劃，英文簡稱“MEER計劃”）也應運而生，肖湘是聯合發起人和召集科學家。

“那樣深的海底是什麼樣的誰也不知道，只知道要先過去。”趙維殳説，其實最初登上科考船奔赴作業區時，大家還沒形成一份完整的採樣計劃和研究方案，但各有科學假設。趙維殳主要研究微生物，其他還有包括研究大生物、地球物理、地質等各個方向的科學家。航次頻遇颱風，大家忍着頭暈碰撞想法，“這是中國第一次到這麼深的海洋進行探索，為什麼不把所有的樣品放在一起，做一個大的研究呢？”船上的科學家們“野心勃勃”，敲定分不同區域系統下潛調查。

在2021年之前，全世界登過月球的有12個人，去過馬裏亞納海溝的只有9個人，且大多鉚着最深點去。中國科研團隊則希望在海溝沿着不同的坡度做全面調查，構建更完整的深淵“風貌”認知。他們商量着，要畫出“清明上河圖”般的海底圖景。由此，被安排夜潛到9700米深處的年輕人趙維殳，反而成了登陸這個點的“世界第一人”。

當科考船到達採樣目的地附近時，就會放下“奮鬥者”號，一次坐主駕、副駕、科研人員三人。算上下潛和上浮的時間，趙維殳在潛器內待了將近12個小時。

在馬溝海底作業的“奮鬥者號”。

“奮鬥者號”一點點往下探，趙維殳很快被迷住了。黑暗中，熒光生物常“chua”一下，流星般閃過窗口，黃的、綠的、藍的、紅的。坐底的那一刻，潛水器頭部的探照燈打開，海水呈現出一種此生未見的幽藍色，循着光映射的地方，她的眼睛好像不斷在快速變焦。剛開始只有藍；再聚焦，遊動的透明小水母、小蝦開始被瞳孔捕捉到；往下看，荒漠一般的海牀，其實趴着透明的海蔘、海星、海葵……原以為是高壓下“生命禁區”的深淵，呈現出異常繁榮盛大的“生命狂歡”。當時當刻，便成永恆。

深淵中的生物

馬溝海底海星

深淵中的生物

忙碌的不止趙維殳的眼睛。潛水器一側，往下是“懸崖”，往上是峭壁，海溝如倒扣的山脈，但一階一階並不平整，“奮鬥者”號在此爬出一段高差近八九百米的坡，伸出機械臂採樣。趙維殳要負責採樣計劃，微生物樣本用插入泥土的柱狀工具收集；海葵等大一些的生物，放進生物箱；還有岩石，趙維殳的潛次撿到一塊距今三百萬年的玄武岩，被送給同航次的浙江大學地質學家吳濤做分析。

“人在萬米深淵，不害怕嗎？”記者問趙維殳。

她笑了，“不會怕這個，只擔心科研任務完不成，擔心我的科學假設是錯的。”她很快補充，“但無所謂，證明或證偽對科學來説都有價值。”

一個科研人員和她的“Cell”之旅

上浮到船上後，時間被壓縮得更緊。為了最大限度地保持海底微生物的活性，趙維殳和她的同伴們在船上馬不停蹄地開始做樣本處理，對它們進行高壓培養，而新鮮的樣本後續也讓團隊“搶救”到了一些深淵微生物未被發現的特性。

回到岸上，還有更枯燥繁重的工作，趙維殳所在的實驗室裏堆了一千七百多份樣本，要再切塊，放到小樣品管裏做提取檢測核酸、蛋白等生物數據。這些實驗數據最後經統計，達到了100TB，遠高於其他國家科學家在過去10年海洋科考中的總數據量，“咱們中國科學家做事就是這個風格，能做的都做掉，能測的都測了。”彼時上海交大在校友楊元慶的資助下剛剛搭建“思源一號”超級計算平台，“溟淵計劃”便是它跑的第一個大數據。

與此同時，趙維殳腦中一直運轉着自己的科學假設，“我們的觀點是，在馬溝底部這樣的極端環境，要麼什麼都沒有，要麼有比上面有更豐富的生命過程，高壓會激發生命的特殊活性嗎？”在下潛的過程中，科學家們已經用肉眼初見了一個“異常繁榮的海底生態系統”，而經過整體分析，團隊鑑定出7564個物種水平的代表性微生物基因組，其中89.4%是新發現的——它跟全球已知的海洋微生物物種數量相當，直接將人們對深淵微生物的認知提升了一個數量級。

深淵微生物的超高新穎性和多樣性，展示了深淵在新基因、新結構和新功能方面的巨大資源潛能。肖湘曾在接受媒體採訪時談到，這些資源為解決全球生物資源枯竭困境提供了新的選擇，也為生物技術、醫藥、能源等領域的創新應用開闢了廣闊前景。

但藏在龐大數據背後的，一定還有別的生命真相。就像《清明上河圖》不僅還原了北宋風貌，還道出市井人物的關係。微生物在高壓下生存的適應策略是什麼？

三年時間，有時是凌晨，有時是夢醒，那些影影綽綽的真相被存在她大腦的“後台”，她一點點想，在團隊和審稿人的意見中一點點打磨。終於，100TB“面目模糊”的大數據被“畫龍點睛”成精簡的科學理論，連同其他成果，在2025年被《細胞》（Cell）以封面專輯的形式重磅發佈。

依託海量的、覆蓋面極廣的樣本，趙維殳打破國際主流觀點，發現這些“小傢伙”的生存策略事實上有“精簡型”和“多能型”兩種。

“精簡型就是，它把自己的基因組精簡到極致，只保留核心功能，應對最關鍵的問題；而多能型相反，它的基因組很大，什麼都往裏放，但不需要的就先不表達、不用。”趙維殳補充介紹，“所以精簡型是那些深淵特有的微生物類型，海底有‘垃圾’，它就利用高壓來‘吃’垃圾；而多能型可以適配局部環境變化，在海底不同的地方遷移。”與此同時，深淵微生物們既相互依賴，也相互競爭，支撐起一個繁榮的“海底社會”。趙維殳説得興致勃勃，“小傢伙是不是和我們人的生存適應策略也挺像。”

趙維殳説，在被激發科研愛好之前，她被人説過做事“沒長性”，哪怕真的走進科研世界，她好像也是“出成果比較慢”的那種。但在馬溝的海底，這個研究極端世界的科學家感覺自己也被極端環境激發了，她覺得那些小小的生命伸出看不見的觸角探向自己，試圖告訴她一些生命的真相，而她將用一生去尋找這些真相。如今，她收到了其中一些真相，還把它們告訴了世界。

一個青年教師和她的“深淵套娃杯”

趙維殳的徵旅途不止馬裏亞納海溝，這位“高能量J人”閒不住，足跡遍及東南印度洋海底、南海冷泉、青藏高原熱泉、珠峯登山大本營等出海和野外科考一線，哪裏有極端環境，哪裏就有她的研究課題，可能的話，她還渴望把研究做到太空去。

科考以外，趙維殳也毫不掩飾對教書工作的喜愛，她講《海洋世界探秘》，還開了課程專門講極端生命。“我的一些科學問題，其實是被學生追問出來的。”比如，曾有學生問她，在不同的環境中，生物的適應策略是趨同還是趨異？這在趙維殳看來是極有價值的問題，她把馬裏亞納海溝和珠峯作為對照環境，發現確有趨同的現象，“這體現生命在起源時，就有一些固定的框架，我們正在研究這件事。”趙維殳説，教學會幫她迴歸初心，重新審視一些問題；而科研工作則提供手段和工具，推動她回答這些問題。

“教與研”相互促進的另一面，則是考驗她能不能用簡單直白的話語概述真理。寫文章需要這個能力，講課更需要。她喜歡把自己在海底看到的東西，展示給學生看，圖片表達不夠的，就用教具演示。她做了個遇到危險會“縮頭”的海底火山中的生物“管蟲”模型，每次她出其不意地讓這個教具一“縮頭”，底下的學生們就默契“哇”一聲，趙維殳每次也被感染得很快樂，露出“得逞”的笑。

趙維殳製作的極端生物模型。

事實上，所有人都可能是趙維殳的學生——她的揹包裏慣常塞四個杯子，一個喝水，三個泡沫塑料“套娃杯”。三個杯子，一個是正常環境下的，一個曾被帶去馬溝兩千米水深處，一個則是近萬米深處。她常向人展示正常的杯子，再請他們猜杯子去到萬米水深時會發生什麼？有人説被壓癟，有人説沒什麼變化，這時，她再從正常的杯子裏把另兩個抽出來——人們會發現，兩千米的杯小了很多，但萬米杯卻沒比兩千米杯小太多，三者的形狀基本一致，“科學世界的規律常常超乎人們的想象。”

三個演示不同水深作用的泡沫塑料杯。

趙維殳也帶碩士、博士生，“我跟肖湘老師差20歲，再過兩年，比我小20歲的孩子就會進我們組來做實驗了。”趙維殳説，不同學生的興趣點不一樣，方向也不同，有做隕石想研究生命起源的，有做計算機想做生命模擬的，“現在的學生很有想法，彼此之間會產生多元的碰撞，也會帶來新的知識，我也要跟他們學。”

一個地球公民和她的“月球種菜”夢

“4歲時我就在想，我為什麼活着？活着的意義是什麼？後來我又問，生命的意義是什麼？我一直在想這種問題。後來，做科研緩解了這種焦慮和追問，因為我開始自己找答案了。”

理性與感性，在這位“85後”女科學家的身上都很顯然。看《流浪地球》電影時，趙維殳會認真琢磨太空電梯怎麼才能造起來，看“50歲以上的老兵出列”時，她又深受感動。她在最新的一項研究中，把深海微生物樣品放進哈工大的地面空間模擬火星艙裏，發現了意想不到的結果，“在域外比如火星這樣的超極端環境下，那些來自深海的微生物不僅能夠存活下來，還能夠快速演化，主要依靠產生巨大的突變。就像是，我這一代人算了不過了，讓下一代能夠活下去。”趙維殳説，“你看，是不是和《流浪地球》一樣。這是微生物的智慧，也是生命的智慧。生命是非常偉大的。”

趙維殳在第七屆全國高校青年教師教學競賽現場。

為什麼要探究極端環境下的生命？趙維殳覺得，往近了看，它極具現實意義。被太陽暴曬後，有人會過敏起疹子，這實質是一種過氧化傷害，“我們人類的許多疾病、癌症、衰老等都與過氧化傷害，那馬溝和珠峯的微生物適應策略是什麼？就是抗氧化。”

而把這一生的研究放進更廣大的維度，科學家想追問的，是這個世界乃至宇宙的源頭，也是4歲女孩最初的疑問。趙維殳的頭像，是一棵種在月球上的小小綠葉，背景是地球，趙維殳管這張圖叫“月球種菜”。她覺得在她這一代，這是有可能發生的。

“我有一個最大的幻想，就是將來去到一個沒有生命的外星，實踐一下把它從沒有生命的狀態改造成有生命的狀態，這就是對我們生命起源最大的證實。”趙維殳笑了，“這個幻想當然還很遙遠，但我還年輕，還能繼續努力很多年。行則將至嘛。”

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