由于种种原因，研究海洋微生物是一件具有挑战性的事情。在陆地上工作的生物学家可以直接近距离地观察研究对象，比如研究捕食对食草动物种群的影响，或是捕捉鸟类以计算种群数量。而海洋生物学家就没有这种便利，这些生物居住在海洋深处，往往还都位于像热液喷口这样的危险位置。

这就是为什么大多数海洋微生物目前尚未被我们取样和记录的原因，尤其是深海中的微生物。海洋微生物学家可以利用浮游生物网、过滤器、微型机器人、遥感等工具来辅助观察。然而，许多海洋微生物都生活在一个有序的、与其他生物高度关联的生态系统中，每一种生物与其他生物的关系复杂且多样。这些生态系统虽然遥远，但却值得研究。

美国田纳西大学的副教授、海洋微生物学家卡伦·劳埃德(Karen GLloyd)正在研究极端环境下的微生物。“我对这种并不遵循人类所理解的常理而存在的生命感到着迷。”她说。这些微生物在海洋垃圾、和三百万年前形成的冻土中仍可存活，这种环境中往往缺乏生命所需的必要物质，比如阳光或氧气。大批的沉积物一层压一层，深埋在下面的那部分可利用的营养非常有限。死去的生物或微生物的尸体沉落海底，随着时间逐步分解，有机物含量大幅度降低。另外，沉积物内部也没有氧气。在缺氧环境中，生物要通过特殊的无氧代谢产生能量。

据估计，埋藏在海底沉积物深处的微生物占地球现存总生物量的十分之一，它们被称作微生物界的“暗物质”。

科学家无法将已知的微生物的生存方式套用在它们身上。“我们确实在考虑一些基本问题，”劳埃德说，“比如它们吃什么?它们呼吸什么?它们如何繁殖?什么时候繁殖?它们会互相帮助吗?它们也会有微生物之间的争斗吗?”

此外，科学家无法在实验室对它们进行培育。“我很想知道这些微生物为什么不能在实验室里生长，这样我就能做点什么!”劳埃德说，“一个很好的解释是，这些微生物都相互依赖，因此它们不会在单纯的培养皿中自己生长；另一种可能是他们已经习惯恶劣的环境，而无法适应实验室提供的高营养条件。”

那么,劳埃德和她的团队是如何来研究这群“暗物质”的?他们通过从海底的沉积岩中取芯来进行研究。他们把钻头深入海床、钻透数米的沉积物，然后把样本带回海面。当然，并不是每一次采集都能成功。

“在富含甲烷的深海环境进行研究时碰到的最为棘手的问题是：当起重机每次将一块海洋深处的沉积物样本吊到甲板上时，样本在减压过程中会释放甲烷气体，同时也使样本表面上一些珍贵的研究材料随之流失。”劳埃德说。

解决办法是将样本放在一个加压容器里，这需要非常专业的设备。然后，当样本浮出水面，你还要想好如何取出它。科学家必须事先想出完善的方法。

劳埃德和她的团队尽管未能在实验室中培养出海洋微生物，但已经能够绘制出它们的DNA图谱了。但要确定这些微生物在生命树上的位置仍比较困难。

相对而言，植物或动物的分类比较容易。当动物学家和植物学家发现新物种时，他们可以利用DNA确定新物种位于当前”生命之树”的哪个分支，并根据进化关系做更调整。然而，对于劳埃德这样的微生物学家来说，他们一开始研究的领域就是未知的，甚至连这些生物所属的门都不清楚(目前生物界被大多数科学家认可的分类系统是三域说，地球上的生物被分为三个域：细菌域、古菌域和真核域，域以下的生物分类级别依次为：界、门、纲、目、科、属、种)。

因此，劳埃德等海洋科学家会把他们在特定环境中发现的所有DNA列在一个清单中，并将这个清单进行排列，来发现这些特殊的微生物之间的隐藏关系。从某种程度上说，这就像是从一棵树的枝干开始去研究这棵树。但就像很多学科对未知领域的探索一样，科学的方法永远会带你向前一步。

海洋微生物学的领域没有疆界，这让任何探险家都感到兴奋。“大自然很少会表现得像我们期望的那样，”劳埃德说，“每一天，海洋微生物学家都在证明着这点。”