2025年3月6日，我校生態(tài)環(huán)境學(xué)院王堃教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所何舜平研究員團(tuán)隊(duì)、張海濱研究員團(tuán)隊(duì)在深海生物學(xué)領(lǐng)域的最新原創(chuàng)研究成果在《Cell》（《細(xì)胞》）期刊發(fā)表，我校博士研究生許文杰為共同第一作者。
深海，尤其是位于海平面6000米以下的深淵區(qū)域，一直以來(lái)被認(rèn)為是生命難以生存的禁區(qū)。這里常年黑暗、寒冷，食物稀缺，靜水壓力極高。如此極端的環(huán)境幾乎讓人無(wú)法想象復(fù)雜生命能在此生存。然而，隨著深海探測(cè)技術(shù)的飛速發(fā)展，這一認(rèn)知已被徹底顛覆。深淵帶不僅存在生命，它更孕育出了獨(dú)特而豐富的生態(tài)系統(tǒng)。探究這些生命如何適應(yīng)如此嚴(yán)苛的環(huán)境，為理解生物演化、推動(dòng)生物保護(hù)提供了寶貴的視角。
研究團(tuán)隊(duì)此前以深淵區(qū)域的代表性物種——超深淵獅子魚(yú)為研究模型，深入探索了該物種在極端環(huán)境中的適應(yīng)性遺傳機(jī)制。團(tuán)隊(duì)分別于2019年在《Nature Ecology & Evolution》（《自然-生態(tài)與進(jìn)化》）和2023年在《eLife》期刊上發(fā)表了相關(guān)研究論文，揭示了超深淵獅子魚(yú)的生存密碼，發(fā)現(xiàn)這群"深淵居民"在感官系統(tǒng)、晝夜節(jié)律及骨骼系統(tǒng)等方面均發(fā)生了重大適應(yīng)性變化，并從細(xì)胞層次揭示了其應(yīng)對(duì)高靜水壓力的遺傳基礎(chǔ)。然而，由于研究集中于單一物種，關(guān)于脊椎動(dòng)物在深海環(huán)境中適應(yīng)性的全面理解仍有所欠缺。
11種深海魚(yú)類(lèi)的采樣信息和形態(tài)特征
為填補(bǔ)這一空白，團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所展開(kāi)聯(lián)合研究，經(jīng)過(guò)多次深海巡航，采集了來(lái)自深海不同區(qū)域的11種魚(yú)類(lèi)樣本。通過(guò)對(duì)這些樣本的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了深海魚(yú)類(lèi)的"生命進(jìn)化樹(shù)"，揭示了脊椎動(dòng)物征服深淵的歷程。結(jié)果顯示，少數(shù)類(lèi)群的深海魚(yú)類(lèi)在1億年前便開(kāi)始適應(yīng)深海環(huán)境，而大多數(shù)現(xiàn)存的深海魚(yú)類(lèi)則是在6500萬(wàn)年前的大滅絕事件后才進(jìn)入深海區(qū)域。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)深海魚(yú)類(lèi)展現(xiàn)出較低的突變速率，并且與DNA修復(fù)及細(xì)胞膜功能維持相關(guān)的自然選擇信號(hào)，同時(shí)對(duì)深海黑暗環(huán)境的也發(fā)生了不同層次的適應(yīng)性改變。
同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探討了脊椎動(dòng)物應(yīng)對(duì)高壓環(huán)境的分子機(jī)制。此前，能夠在高壓下穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的氧化三甲胺（TMAO）被認(rèn)為是脊椎動(dòng)物適應(yīng)深海高壓環(huán)境的“抗壓神器”。團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)定不同深度魚(yú)類(lèi)肌肉組織中的TMAO含量，發(fā)現(xiàn)生存深度0-6000米的魚(yú)類(lèi)，TMAO含量隨著深度增加而升高，但在6000米以下的深海魚(yú)類(lèi)則未出現(xiàn)這一趨勢(shì)。這表明，TMAO并不能單獨(dú)解釋所有深海魚(yú)類(lèi)在高壓下的適應(yīng)機(jī)制，可能存在著更精妙的分子機(jī)制。
更為突破性的發(fā)現(xiàn)是，所有生存深度在3000米以下的深海魚(yú)類(lèi)均存在一種高度保守的RTF1基因突變（Q550L），實(shí)驗(yàn)表明此變突影響了轉(zhuǎn)錄效率，揭示了這一基因在適應(yīng)高壓環(huán)境中的潛在作用。這一發(fā)現(xiàn)為揭示深海生物壓力適應(yīng)的分子機(jī)制開(kāi)辟了新的研究方向。
此外，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，來(lái)自馬里亞納海溝和菲律賓海溝的超深淵獅子魚(yú)，其肝臟組織中含有極高水平的多氯聯(lián)苯（PCBs），這是一種常見(jiàn)的人工合成污染物。這一發(fā)現(xiàn)警示我們，人類(lèi)活動(dòng)已對(duì)深海脊椎動(dòng)物產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，甚至在地球最深的海溝中亦難以逃脫污染的侵襲。
這些研究成果不僅展示了深海魚(yú)類(lèi)如何適應(yīng)極端環(huán)境的關(guān)鍵機(jī)制，也為我們提供了深入理解脊椎動(dòng)物如何突破高壓生存禁區(qū)的寶貴視角。這一發(fā)現(xiàn)無(wú)疑為未來(lái)生物學(xué)、生態(tài)學(xué)以及深海保護(hù)研究開(kāi)辟了新的前沿領(lǐng)域。
當(dāng)我們?cè)谌f(wàn)米深淵發(fā)現(xiàn)生命的奇跡，也看到了環(huán)境保護(hù)的緊迫。這項(xiàng)跨越學(xué)科邊界的研究，正在重新定義人類(lèi)對(duì)生命韌性的認(rèn)知?；蛟S正如團(tuán)隊(duì)成員所言："這些深海精靈教會(huì)我們——生命的可能性，永遠(yuǎn)比想象中更遼闊。"
原文信息：
題目:Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea
鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00031-5
(文字：王堃；審核： 邱強(qiáng)、馬西平)
