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4篇Cell，封面论文 | 绘制首个海洋最深生态系统图，揭示深渊生态系统的生命适应策略与资源潜能

生信宝典 · 公众号 · 生物 · 2025-03-09 21:00

正文

2025年3月6日， Cell 以封面专辑的形式发布了上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所和华大集团等共同主导的深渊生命科研成果： 1篇旗舰文章勾勒项目全貌， 3篇研究论文分别聚焦深渊中的原核微生物、无脊椎动物（钩虾）和脊椎动物（鱼类）。这是人类首次系统性地研究深渊生命，该成果揭示了深渊生态系统的生命适应策略与资源潜能，拓展了人类对极端环境下生命过程的认知，推动科学研究 “向极宏观拓展、向极微观深入、向极端条件迈进、向极综合交叉发力，不断突破人类认知边界”。

深渊水深超过 6 000 米，是全球海洋最深的区域，代表着地球上最少被探索的极端环境。马里亚纳海沟最深处达 10909米，足以“吞没” 海拔 8848. 86 米的世界最高峰珠穆朗玛峰。这里的压力高达 1100 个大气压，常年黑暗冰冷，曾一度被视为 “ 生命禁区 ” 。深渊作为生命科学、地球科学与工程技术的前沿，蕴含着巨大的科学价值和应用潜力，深渊研究需要工程技术与科学的完美结合。随着 “深海进入”的不断推进，深渊生命的神秘面纱逐渐揭开。

绘制首个海洋最深生态系统图： 揭示深渊繁荣的生态密码

上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所、华大集团等多家单位联合发起了马里亚纳海沟环境与生态研究计划（ MEER计划），由上海交通大学肖湘教授作为召集科学家。该计划依托 “奋斗者”号载人潜水器及深海生命研究领域自主可控的软硬件体系，在国际深渊科学研究领域取得突破性进展。这是中国人对海洋最深处的第一次系统性生命科学研究，相关成果阐述了深渊生命独特的生存策略，并揭示了深渊生命成为人类资源宝库的无限可能。

研究团队多次深入深渊海底探索，发现深渊微生物在最深海域超高静水压（ 600-1100个大气压）下的异常繁盛，揭示了深渊两种代表性宏生物与深渊微生物之间存在趋同的适应机制，即深渊存在跨越物种边界的“共适应”策略，从而串联起了独特的深渊生态系统，描绘了首个海洋最深生态系统的图景。

通过对采集的 1648 份深渊沉积物、 622个钩虾样本及11种深海鱼类的分析，结合深渊海底现场观察，研究团队取得三大突破性发现：

1. 深渊微生物新颖性成因及其适应策略 ：该研究构建了迄今最完整的深海原核微生物基因数据集，并鉴定出 7564 个物种水平的代表性基因组，其中 89.4% 为尚未被报道的新物种，其多样性与全球已知海洋微生物总量相当。研究发现，深渊微生物通过 “精简型”和“多能型”两种适应策略，在深渊高压、低温、寡营养环境中异常繁盛，支撑了深渊生态系统的繁荣。（该工作主要作者：肖湘、赵维殳、张维佳、徐讯、韩默、刘姗姗等）

2. 深渊钩虾的适应机制：端足类钩虾是深渊生态系统中的核心物种，扮演着 “能量枢纽”的角色。研究发现钩虾基因组达 13.92 GB，是人类基因组（ 3.2 GB）的 4倍多，刷新了端足目的基因组纪录。首次通过染色体水平基因组和群体遗传学分析，并综合转录组、宏基因组、代谢组等多组学数据，揭示了钩虾这种万米深渊动物的群体分化、种群动态历史以及其适应深渊环境的分子机制。（该工作主要作者：张海滨、徐讯、范广益、刘姗姗等）

3.深渊鱼类突破高压生存禁区的适应性重塑和演化轨迹： 通过 1 1 种深海鱼类的高质量基因组的比较研究发现，深海鱼类的演化奇迹从白垩纪开始，而深渊鱼类的环境适应机制也挑战了传统理论。发现 TMAO （氧化三甲胺）并非唯一抗压法宝，多不饱和脂肪酸的积累也能维持细胞膜流动性，助力鱼类对抗高压。其代谢策略与微生物研究成果形成系统印证。（该工作的主要作者：何舜平、王堃等）