深海冷泉与热液是地球深部与海洋之间物质交换的关键窗口，渗漏流体中富含甲烷、硫化氢及多种溶解气体支撑起复杂的碳-氮-硫耦合循环过程，为化能合成生态系统提供了独特的物质基础。其中，氮素获取是深海微生物生存的核心挑战之一：尽管环境中氮气充足，但N≡N三键结构稳定，活化需要消耗大量能量。长期以来，学界推测深海极端微生物可能通过非常规途径实现氮素同化，但由于传统采样与分析过程中群落结构极易受到扰动，一直缺少直接的原位观测证据验证这一假说。

近日，烟台海岸带所海岸带生态环境监测与健康研究团队联合崂山实验室，利用自主研制的柔性表面增强拉曼传感器基底和原位换装装置，首次在深海极端环境原位检出微生物代谢中间物质－氰化物。这一技术突破为获取深海痕量过程产物的第一手原位数据开辟了新途径，也为深入理解碳、氮、硫元素在深海冷泉生态系统中的生成与运移机制提供了关键原位实测手段。

针对传统深海采样‑实验室分析带来的观测偏差这一技术瓶颈，研究团队历经多年攻关，研发出适配深海极端工况的原位表面增强拉曼（SERS）散射传感器。配合自动揭膜定位机构，该传感系统可在单次下潜中携带100余片柔性SERS传感器基底，实现对同一微区的连续多点原位探测。依托这套自研硬件装置，研究团队搭载“蛟龙”号在我国南海海马冷泉开展原位探测，在1200—1500米水深的站点，直接捕获到氰基分子特征信号，证实冷泉活跃生物区存在较高含量的氰化物。空间分辨分析显示，远离微生物席后氰基信号基本消失，表明氰化物在群落内部被快速消耗而非向外扩散。结合古菌固氮酶的底物宽容性及相关基因簇的完整性，研究提出了一种全新的氰化物“循环货币”模型：微生物将氰化物作为氮素同化的“半成品”，绕过从头活化氮气的高能耗路径，显著降低了固氮过程的能量门槛（图1）。这一发现更新了传统认知，氰化物不只是“代谢毒素”，更是维系深海碳-氮-硫循环的关键生物地球化学中间体。

图1 深海原位表面增强拉曼散射传感器揭示氰化物是冷泉氮循环的关键因素

相关研究成果以“In situ deep-sea surface-enhanced Raman scattering sensor reveals cyanide as a key factor in cold seep nitrogen cycling”为题，发表于国际权威期刊 Science Advances，文章第一作者为崂山实验室王思羽，共同通讯作者为崂山实验室张鑫研究员与烟台海岸带所陈令新研究员、李博伟研究员。该研究得到国家自然科学基金重大科研仪器研制项目、国家自然科学基金面上项目、山东省面上基金等项目的资助。

文章链接：

Siyu Wang, Tingting Zhao, Wanying He, Fei Li, Zhicheng Wang, Ruhao Pan, Lianfu Li, Shichuan Xi, Zhendong Luan, Zhiyang Zhang, Bowei Li*, Lingxin Chen*, Xin Zhang*. In situ deep-sea surface-enhanced Raman scattering sensor reveals cyanide as a key factor in cold seep nitrogen cycling. (2026) Science Advances, 12 (33): aef5836. https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aef5836