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·人類活動在幾十年間就能影響到深海，那么是不是反過來，在這個“旮旯”里發生的工作也會影響到咱們？
超深淵帶（Hadal zone）是指海平面6000米以下的區域。好像它的英文詞源、冥界之王“哈迪斯”（Hades，有“陰間”之意）所暗示的那樣，這片嚴寒烏黑的海底幽獄荒蕪且瘠薄，水壓逾越1100標準大氣壓，適當于每平方米接受1萬2100噸的壓力。
即使在這樣的絕地中，活力也并未隔絕。這些奧秘的生物能夠習慣深海的極點環境，但人們對它們所知甚少。近來，一系列由我國科學家完結的研討提醒了一個巨大且昌盛的深淵生態體系，剖析了其間微生物與兩種宏生物習慣極點環境的基因戰略。研討于2025年3月6日以專輯方法宣布在《細胞》（Cell）雜志上，第一批包括4篇論文，還有多篇等候宣布。
深淵中存在巨大且昌盛的生態體系。圖片由該研討的作者供給。
這些研討是一項名為“溟淵方案”（馬里亞納海溝環境與生態研討方案，英文簡稱“MEER方案”）的深海體系性研討的效果，由上海交通大學、我國科學院深?？茖W與工程研討所、華大集團等多家單位聯合主導。在2021年10月至12月期間，研討團隊使用我國自主研產出產的“奮斗者”號載人潛水器，在馬里亞納海溝、雅浦海溝和菲律賓海盆的145個站點進行了32次潛水，在6000-11000水深處收集了2000余份水體、沉積物、宏生物等樣本。
經過基因測序與剖析，研討者們發現了7000多種或許是新物種的深淵微生物，它們經過不同的基因戰略一同在海底構成了一個昌盛的“社會”。稍大一些的深淵鉤蝦具有巨大且重復的基因組，是人類基因組數量的4倍。更大的魚類為了習慣深海，演化出多種抗壓的基因戰略。研討標明，存在逾越物種鴻溝的對深淵環境的趨同習慣戰略。
研討人員是怎么深化海底并進行研討的？深海生物又是怎么絕地求生和共存的？這些發現與咱們人類有什么聯系？為了答復這些問題，洶涌科技日前采訪了“溟淵方案”的研討人員。
搭乘“奮斗者”號潛入深淵。
深淵研討的特別之處在于具有代表性的深海區域散落世界各地，而有條件進行下潛的國家也屈指可數。做這樣的研討往往是時機在前，方案在后。
2020年2月，我國研產出產的“奮斗者”號載人潛水器完結了總裝和陸上聯調。2020年11月10日，“奮斗者”號在馬里亞納海溝成功抵達最深處，坐底深度10909米。是現在僅有一個能夠一同將三人帶到水下萬米深度的潛具，也成了“溟淵方案”成行的條件。
“對人類來說，對我國來說，都是一次很可貴的時機。咱們提交的請求一經過，就當即過去了。”上海交通大學生命科學技能學院/微生物代謝國家重點試驗室、深部生命世界研討中心主任肖湘說。
登上科考船奔赴采樣點時，他和搭檔們還沒有一份完好的采樣和研討方案。他們群策群力，現場確認了科考方針，并聯絡組織各單位的科研和技能團隊來執行研討方案的細節。
“要在船帶著深淵樣本回到港口之前，清晰樣本保存、處理、剖析等流程。咱們這些在岸上的來自不同研討單位的研討者也是‘臨危受命’，一同參加到了這個大項目中來。”華大生命科學研討院試驗研制高級工程師韓默說。
當科考船抵達采樣意圖地鄰近時，就會放下“奮斗者”號。科學家和工程師們搭乘它下潛到深海后，能夠經過機械臂操作采樣設備進行海底沉積物采樣，也能經過誘捕設備、海水過濾體系等其它設備來采納不同類型的生物樣本。機械臂采完之后，將這些樣本放到周圍一個“托盤”上一同帶回來。算上下潛和上浮的時刻，下潛人員一次要在潛器內待10多個小時。
“奮斗者”號正在采樣。圖片由該研討的作者供給。
“‘奮斗者’號里邊是一個直徑1.8米的鈦合金球形座艙，能夠坐三個人。坐在中心的是主駕，左面是副駕，擔任輔佐主駕、調查環境和操作機械臂等電氣設備。科研人員坐在右邊，需求采樣的時分就跟主駕和副駕進行交流?！比A大生命科學研討院生物技能副研討員孟亮說。
樣本收集上來后，科學家們在海面的科考船上再接再勵地進行檢測或處理，由于這些樣本會因周圍環境的理化性質發生劇變而敏捷逝世。比方深淵鉤蝦，孟亮介紹道，咱們收集到的鉤蝦樣本雖然表面看起來沒有發生明顯改動，但它們的細胞極有或許現已決裂，生物大分子開端降解，若不及時處理就很難進行后續剖析。
在科考的兩個月時刻里，研討團隊經過這種“連軸轉”的方法采納到了很多深淵生物樣本。幾名作者都表明，這些樣本是極點寶貴的。它們不只反映了特定時期的深海生態，也是人類對深海影響的歷史記錄。
“這是2021年10月到12月，人類對馬里亞納海溝底部影響狀況的一個描繪。未來，咱們不知道什么時分才會再去?！毙は嬲f，“過了100年乃至1000年，有人再去采樣拿到樣本，再看到的海溝狀況就能夠跟咱們現在的數據比照，就知道人類活動又影響了什么?！?。
“這組研討數據咱們會盡量地揭露，完好地展現出來?！彼f。
深海生物的基因隱秘。
船靠港后，樣本被送到各個合作單位的試驗室進行基因組測序等檢測和剖析。研討人員們在這些數據的基礎上對這些深淵生命基因功用、團體散布、習慣機制等方面做出了許多探究。
“曾經也有研討報導在馬里亞納海溝等深淵里邊有一些生命的存在，但這些生命究竟規劃多大，多樣性有多高，是不是普遍存在，這些咱們都不確認。而這次，咱們初次確認了在萬米深淵傍邊的確有一個昌盛的生態體系，特別是微生物?！表n默說。
這種昌盛首要體現在多樣性規劃上。“咱們判定出7564個物種水平的代表性微生物基因組，其間89.4%是新發現的。這個規劃有多大呢？它跟全球已知的一切海洋微生物物種數量適當，直接將咱們對深淵微生物的認知提升了一個數量級，這還僅僅是這一次研討的發現?！?。
研討者們還發現，微生物去習慣深淵極點環境的戰略并不單一。有一些微生物或許以一種“精簡”的方法來面臨極點環境，假設一個代謝功用不是跟保持最基本生計有關，一些微生物爽性就會“扔掉”掉相關的基因，來節省能量和養分。
還有一些微生物挑選了截然相反的戰略。一方面，它們也會保存一些耐壓或許抗氧化相關的基因，但一同它們會想方設法豐厚對環境中各種因素的感知才能，使用不同的物質來保持本身的生計。
“打個比方，這兩種戰略就像肉食動物和雜食動物通衢。肉食動物獲取能量很高效，而雜食動物什么都能吃。就算環境改動也能生計?！表n默介紹道，這些戰略的構成或許與深淵的全體環境壓力與部分環境改動有關。
深淵微生物們既相互依賴，也相互競爭，構成了一個昌盛的社會?！耙恍┚喰偷奈⑸镞B基礎代謝途徑都是不完好的，它們沒方法獨自生計，必須有不同物種合作，例如使用其它微生物的代謝廢物。這樣就構成了一個雜亂的代謝網絡，用‘團體’的方法榨干這個瘠薄環境中的每一點資源。”韓默說到，“另一些微生物則會排泄抗菌肽等物質，殺死其它的微生物來取得更好的生計環境。”。
除了微生物之外，研討者們還初次對一種深淵典型物種——鉤蝦（Hirondellea gigas）進行了全基因組測序，探究了它習慣高壓環境的生物機制。
“這種鉤蝦歸于端足目，而咱們往常說的蝦歸于十足目，二者牽強能算作‘遠房表親’。”孟亮介紹道，“鉤蝦是食腐動物，能夠吃從海面沉降下來的殘渣，一同也是深海魚類的首要食物，因而它在深淵生態體系中發揮‘承上啟下’的關鍵效果”。
深淵鉤蝦是研討深淵生態的“明星物種”，但它的完好基因組一向沒有被破解。在這次的研討中，研討團隊憑仗完善的樣本前處理和長讀長基因測序技能，成功將鉤蝦基因組“拼”了出來。
研討發現，鉤蝦基因組巨細達13.92 GB，是人類基因組（3.2 GB）的4倍多，改寫了端足意圖基因組紀錄。在它的基因序列中，更是存在高達71.98%的重復序列。研討估測這或許與習慣深海環境有關，但還需求進一步研討。
孟亮說，鉤蝦身上的一個“疑團”是它對壓力的習慣有著很大的彈性?！八挠左w在較淺的水域長成成體之后，就能夠去更深的當地。它的筆直散布十分廣，在最深的挨近11000米的當地咱們收集到過，在6800米的當地也有。這之間的壓力改動是十分大的。”。
研討者們首要瞄準了一種已知的能夠協助深淵物種抗壓的化合物TMAO（氧化三甲胺），它能夠起到安穩細胞蛋白結構的效果，調理細胞表里的滲透壓平衡以應對壓力改動。然而在深淵鉤蝦的基因組中，并沒有直接找到完好的組成代謝通路。
“咱們經過前人的研討找到了創意——人類是能夠經過腸道微生物一同組成TMAO的，鉤蝦會不會也是這樣？”孟亮說，他們果然在鉤蝦腸道中發現了一些優勢菌種，能夠與宿主合作去組成TMAO并調理含量，以更好地習慣壓力環境。
鉤蝦與微生物的“協作”不止于此。研討發現，鉤蝦還能與微生物一同效果，將難以消化的木質素分化。
“深海的整個物質能量是十分匱乏的，關于個別較大、需求攝食的動物來說就很困難。表層沉降下來的食物不只少，仍是上面不要吃的‘渣渣’。鉤蝦需求高效使用這些物質，將其轉化為養分。”。
以往的研討發現，鉤蝦以難以消化的木質素為食。而在這次的研討中，研討者們找到了基因中排泄這種消化酶的完好通路，“有一些是鉤蝦本身所具有的，有一些是腸道微生物供給的。微生物不只從宿主身上取得‘優點’，也要供給一點協助，一同在困難環境中求生。”孟亮說。
深淵生物身上還存在太多未解之謎。該系列另一篇研討經過11種深海魚類的基因組比較研討發現，魚類體內的TMAO濃度與深度沒有明顯相關性，這意味著深海生物或許有其它抗高壓機制。該研討指出，多不飽滿脂肪酸的堆集也能保持細胞膜流動性，助力魚類對立高壓。
原位采樣協助研討者取得了愈加精確的深海樣本，但畢竟無法直接在海底長時間調查和現場檢測，許多信息無法把握。雖然研討者們現已深化到基因層面，但想要從基因中得到深淵生物習慣極點環境的悉數隱秘，還需求很多的研討。
“咱們知道這是一段基因序列，可是它的功用是什么？在極點環境習慣性中效果的分子機理是什么？咱們現在還沒有徹底研討清楚。所以期望效果宣布之后，能夠招引更多同行的愛好與重視，咱們合力攻關，讓咱們對深淵物種的知道能愈加深化?！泵狭琳f。
深淵與人類。
有理論以為生命在海洋中發端，人類的先人也是從海洋走向陸地。前期地球環境十分極點，生命也很或許在相似的環境中誕生。要驗證這樣的猜測，就需求去極點環境中探究。
“在深淵微生物研討中，咱們雖然沒有找到直接的依據，但的確注意到一些頭緒。有些微生物在演化樹上更接近基干部位的一些分支，它們在深淵里的昌盛或許意味著這兒比起慣例環境保存了更多生命演化的前期依據，這是一個不錯的音訊。”韓默文房四寶洶涌科技，“假如在后續研討中能找到一些前期生命乃至于生命來歷的更多頭緒，我覺得會是十分振奮人心的。”。
除了答復科學問題，深淵生物的“生計訣竅”也能夠為人類所學習。肖湘說到，一些芳香族化合物在地面上是持久性污染物，難以被降解。但在深海里，沒有其他養分來歷的微生物居然以這些化合物為食?！吧詈Ｉ軌虻謸踹@些污染物，咱們是不是能夠用這些微生物來照料咱們的自然環境，造福人類？”。
在醫療范疇，原有的抗生素現已呈現耐藥性問題，而新式抗生素的發現發展緩慢?！靶掳l現的深淵微生物有些能夠排泄抗菌肽等物質，豐厚了咱們的儲藏，或許能為藥品開發供給新的挑選?！表n默說。
“咱們看到生命的一些特別的規則在深淵里有普遍性。咱們現在現已在跟一些醫院的交流，看看能不能服務于醫療，不只僅是作為藥物輔佐，還有對生命戰略的了解?！毙は孢€說到，“比方，了解極點醫療環境下病原微生物，環境微生物與宿主的聯系。”。
深淵與人類社會最直接的聯系，或許在于它們雖然相隔悠遠，卻同屬一個生態體系。不只人類的活動能影響深淵，深淵也或許反過來對咱們的生計環境形成影響。
“咱們曾經在一些深淵海底發現了不少人類廢棄物污染，廢棄物塑料、玻璃、金屬制品什么的，給咱們很大沖擊。假如不做這些研討，一般人或許很難想到離你幾千公里的萬米深淵或許會被你扔掉的廢物污染?！表n默說，“易拉罐呈現才多少年？人類活動在幾十年間就能影響到深海，那么是不是反過來，在這個‘旮旯’里發生的工作也會影響到咱們？”。
他舉例道，當人類的污染給深海帶來了不通衢的化學物質時，微生物必定會想方法習慣這個被改動的環境，但咱們并不了解這些改動或許帶來的效應。
“當然，咱們能夠達觀地以為這些微生物把塑料都降解了，分化成小分子有機物，從頭回到生態循環中。但有沒有或許它們代謝污染物時發生有毒有害的物質？會不會終究無法在污染中生計，然后影響地球的物質和能量循環？”。
“人類關于深淵生命的了解仍是很淺陋的，假如聽任污染，誰都不知道結果是好是壞。作為科研工作者，我覺得人們應當愈加慎重，有備無患?！表n默說。
