科技日報記者 王祝華
我國科研團(tuán)隊歷時數(shù)年，多次“潛入”深淵海底探索，通過馬里亞納海溝采樣，發(fā)現(xiàn)深淵微生物在最深海域超高靜水壓（600-1100個大氣壓）下異常繁盛，揭示了深淵存在跨越物種邊界的“共適應(yīng)”策略，從而串聯(lián)起了獨(dú)特的深淵生態(tài)系統(tǒng)，描繪了首個海洋最深生態(tài)系統(tǒng)的圖景。
北京時間3月7日凌晨，國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》以封面專輯的形式，發(fā)布了上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所和華大集團(tuán)等共同主導(dǎo)的深淵生命科研成果。這個專輯系列成果包括1篇旗艦文章，勾勒項(xiàng)目全貌；3篇研究論文，分別聚焦深淵中的原核微生物、無脊椎動物（鉤蝦）和脊椎動物（魚類）。
據(jù)了解，2021年，相關(guān)研究單位聯(lián)合發(fā)起了馬里亞納海溝環(huán)境與生態(tài)研究計劃（MEER計劃）。該計劃依托“奮斗者”號載人潛水器及深海生命研究領(lǐng)域自主可控的軟硬件體系，在國際深淵科學(xué)研究領(lǐng)域不斷深入。
研究團(tuán)隊通過對2000多份的深淵沉積物、深海魚類及深淵鉤蝦樣本的分析，結(jié)合深淵海底現(xiàn)場觀察，取得三大突破性發(fā)現(xiàn)。
一是深淵微生物新穎性成因及其適應(yīng)策略。該研究構(gòu)建了迄今最完整的深海原核微生物基因數(shù)據(jù)集，并鑒定出7564個物種水平的代表性基因組，其中89.4%為尚未被報道的新物種，其多樣性與全球已知海洋微生物總量相當(dāng)。研究發(fā)現(xiàn)，深淵微生物通過“精簡型”和“多能型”兩種適應(yīng)策略，在深淵高壓、低溫、寡營養(yǎng)環(huán)境中異常繁盛，支撐了深淵生態(tài)系統(tǒng)的繁榮。
二是深淵鉤蝦的適應(yīng)機(jī)制。端足類鉤蝦是深淵生態(tài)系統(tǒng)中的核心物種，扮演著“能量樞紐”的角色。研究發(fā)現(xiàn)鉤蝦基因組達(dá)13.92GB，是人類基因組3.2 GB的4倍多，刷新了端足目的基因組紀(jì)錄。首次通過染色體水平基因組和群體遺傳學(xué)分析，并綜合轉(zhuǎn)錄組、宏基因組、代謝組等多組學(xué)數(shù)據(jù)，揭示了鉤蝦這種萬米深淵動物的群體分化、種群動態(tài)歷史以及其適應(yīng)深淵環(huán)境的分子機(jī)制。
三是深淵魚類突破高壓生存禁區(qū)的適應(yīng)性重塑和演化軌跡。通過11種深海魚類的高質(zhì)量基因組的比較研究發(fā)現(xiàn)，深海魚類的演化奇跡從白堊紀(jì)開始，而深淵魚類的環(huán)境適應(yīng)機(jī)制也挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)理論。發(fā)現(xiàn)氧化三甲胺（TMAO）并非唯一抗壓法寶，多不飽和脂肪酸的積累也能維持細(xì)胞膜流動性，助力魚類對抗高壓。其代謝策略與微生物研究成果形成系統(tǒng)印證。
該成果系統(tǒng)研究深淵生態(tài)系統(tǒng)食物鏈，從微生物到無脊椎動物（鉤蝦）再到脊椎動物（魚類），闡明了極端環(huán)境下生命協(xié)同演化的科學(xué)規(guī)律，將人類對海洋生態(tài)的認(rèn)知拓展至萬米深淵。同時，繁榮的深淵生態(tài)系統(tǒng)展示出深淵在新基因、新結(jié)構(gòu)和新功能方面的巨大資源潛能，為解決全球生物資源枯竭困境提供了新思路。
