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在陽光永遠無法穿透的海底，存在著熱液噴口－「黑煙囪」。在噴口周圍，數公里深的海底，生命繁盛，完全不依賴太陽能。化能合成細菌利用熱液噴口產生的硫化氫製造有機物，為整個生物群落奠定基礎：體長可達兩米、沒有口和腸道的巨型管狀蠕蟲（管狀蠕蟲）與這些細菌共生；適應高溫和有毒化合物的巨型螃蟹、貽貝、蝦和魚類也聚集在附近。 1977年此類生態系統的發現徹底改變了生物學，證明了生命可以在以前被認為完全不適合生存的環境中存在。
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另一種生活在深海的生物是「海參」（海參綱）和深海星。它們扮演著清潔工的角色，處理從海洋上層緩慢沉降下來的有機碎屑（「海洋雪」）。在深海平原，沉積物以每千年幾毫米的速度積累，海參可以爬行數公里，留下清晰可見的痕跡，這些痕跡可以從海底照片中看到。它們緩慢的生活方式是對食物匱乏的適應：有些物種可以活出數百年，將新陳代謝推向極限。
為了研究這些生物，科學家使用遙控潛水器（ROV）和深海載人潛水艇。香港附近海域雖然不算特別深，但當地研究人員正在參與區域性項目，探索南海深海峽谷，在那裡也發現了與碳氫化合物滲漏相關的珊瑚花園和生物群落。這項研究不僅具有重要的科學意義，而且對於了解該地區正在興起的深海採礦活動的影響也至關重要。
深海生物已經進化出許多適應機制，以應對超過1000個大氣壓力的壓力。它們的細胞膜含有特殊的脂質，可以維持流動性；它們的蛋白質也具有防止變性的適應機制。許多物種擁有獨特的感官系統：例如，魚類擁有非常發達的側線，可以感知水中極其細微的振動；有些魚類則利用微弱的電場來定位。