深海生物资源开发装备
深海，曾经被认为是生命的禁区。然而随着深海探测的不断深入，深海繁茂的生物群体逐渐向人类揭开它们的神秘面纱。深海是天然的新基因资源库，蕴藏巨大的深海生物应用开发潜力，是国家重要的战略资源。对深海微生物的了解对推动我们认识深海生命的起源和进化机制起着至关重要的作用。
近几十年来，国际深海生物资源的调查与获取技术取得了突破性进展，发达国家由于装备和手段的先进性，在新一轮的深海生物资源竞争中抢得先机。日本海洋科技中心（Japan agency for marine-earth science and technology，JAMSTEC）创建了“深海丸2000”潜艇，随后又建造了“海豚丸3K”型系列，利用这些装备，日本首次发现了Calyptogena Soyoae生物群落，进一步推动了对深海生物资源科学的研究和装备的发展。20世纪70年代后期，美国潜艇“阿尔文号”在加拉巴哥群岛以外的深海热液发射口附近发现有大量的海底热液生物群落，从而推动了深海热液生态系统的研究。随后，日本“海沟号”拍摄了大量底栖生物视频并且获得了3 000余株深海微生物，从中发现了世界上最深的化能合成生物群落。此外，英、美等国共同实施的“HADES计划”也利用深海着陆观测平台对深海生态开展了系统研究。
在深海生物取样方面各国的取样技术也得到了一定的发展。2002年，日本Koyama等人开发了首个也是唯一个专门用于遥控潜水器（remote operated vehicle，ROV）的加压储存系统“深海水箱”，可将鱼类储存在相当于2 000米的压力中，成功在深海1 171米收集了一种鱼类标本，并且实现在500米处收集的样品存活长达64天[1]。2005年，美国蒙特利海湾研究所（Monterey bay aquarium research institute，MBARI）开发了一种碎屑取样器，将其装备在遥控潜水器上进行原位收集极为脆弱的中层水生动物[2]。2009年，荷兰皇家海洋研究所Triple D开发了一种由金属框架、拖网和刀片组成的深海挖泥器，并证明该装置能有效采集海底穴居动物的样本[3]。2009年，新西兰国家水与大气研究所（national institute for water and atmospheric research，NIWA）制造了重量相对较轻的撬网，其中装备了缰绳和铁链分离系统。该装备作为标准工具类型，被广泛用于在海底地形和基底上的大型和巨型无脊椎动物群取样[4]。
目前，潜水器的生物取样方式向灵活性方向发展，使用机器人系统实现人类同等灵活性的能力变得至关重要。2018年，美国罗德岛大学开发出一种手套控制的软机械手臂，可通过穿戴式手套抓手可直观地控制手臂（见图9－1）。该技术采用与海洋生物的柔软脆弱特性相适应的材料，已成功在超过2 300米的深度下进行了操作[5]。
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图9－1 深海软机器手臂系统对柔软脆弱生物进行采样
同年，哈佛大学通过使用柔性材料通过3D打印制造出一种柔顺手掌的抓手来改善软操纵器的操作稳定性，在柔软的指尖上增加了可互动的“指甲”（见图9－2），可以更好地抓取硬质基质上的样本。为了在采样过程中保护样品，沿手指和指甲周围还添加了一层多孔泡沫[6]。
图9－2 全3D打印软机械抓手对柔软脆弱生物进行抓取
支撑深海生物基因资源开发利用的深海技术主要是探测、采样、筛选和培育技术。自20世纪90年代以来，在深海探测技术的支撑下，深海生物基因技术成为生物技术的热点，得到了快速发展。以美国、日本、德国等为主的世界发达国家纷纷从基因水平上对深海微生物资源进行研究，并取得了许多重要研究成果。目前深海生物基因技术的研发体系已经比较成熟，初步实现了部分深海极端微生物开发的产业化。由于深海生物所处的独特环境，人工培养具有相当大的难度，深海生物基因资源的开发主要通过深海资源海底采集实现。深海生物资源储运技术和装备的关键在于如何保持与海底相似的生态环境，从而保证特殊的深海生物的活性，即深海微生物保真采样及原位培养技术。过去的40年中，国际上一些实验室使用不同的方法开发了深海生物保压采样器原型，荷兰、日本、美国等科研院所开发了新的保压采样器。2019年，法国LOV海洋实验室进一步研发了集深海生物原位采样、富集和转移于一体的设备，并进行了深海底原位实验[7]。除了深海微生物取样装备，海洋科学家们也在不断地开发深海宏生物取样和探测设备[8]。取样设备发展的重点主要是要在深海极端环境保证对深海生物无扰动的情况进行取样，除了精准取样和保证深海生物的原位环境不改变以外，取样设备的功能多样性是海洋科学家们逐渐追求的方向，比如要求取样设备同时可以在深海缺氧环境满足生物的培养并且兼具防腐蚀能力[9]。
