🔬 深海万米下的“生命密码”：基因突变与细菌共生——2025中国生命科学十大进展之解码深渊动物演化

从“生命禁区”到基因宝库：揭秘地球最深处生物的生存绝技，如何为人类抗压、抗衰带来新曙光？

🌊 开篇：地球最后的边疆与生命的极限

想象一下，置身于一个完全黑暗、冰冷刺骨，且承受着数百倍于海平面大气压的环境——这并非科幻电影中的外星场景，而是地球表面最深处的海沟。

长期以来，6000米以下的超深渊带被视为生命的“荒漠”甚至是“禁区”。我们不禁好奇：在如此极端的环境下，生命是如何不仅存活下来，还繁衍生息的？这不仅仅是对生物好奇心的满足，更关乎我们对生命极限的理解。

就在2025年12月，中国科协生命科学学会联合体公布了年度“中国生命科学十大进展”。其中，由中国科学院水生生物研究所何舜平团队、深海所张海滨团队、西北工业大学王堃团队及青岛华大基因研究院范广益团队联合完成的 “生物多样性新边界探索：解码深渊动物演化过程和适应的遗传机制” 成功入选。

这项发表于顶级期刊《细胞》（Cell）的研究，如同一把钥匙，打开了通往地球极端生命世界的大门。它不仅重构了脊椎动物进军深海的“征战史”，更在基因层面揭示了生物对抗高压与饥饿的“独门秘籍”。这不仅是海洋生物学的里程碑，更为人类未来的医药健康、生物材料研发提供了全新的“中国方案”。

🧭 第一部分：挑战与背景——为何深海是生命的“终极考卷”？

在介绍这项突破之前，我们需要先理解深渊环境的残酷性。如果把攀登珠峰比作对低氧的挑战，那么潜入马里亚纳海沟万米深处，就是一场全方位的“地狱级”考试：

恐怖的压力： 每下潜10米，增加1个大气压。在万米深渊，压力高达110兆帕，足以将钢铁潜水器压扁。对于生物而言，这意味着细胞膜会固化、蛋白质结构会被破坏。

永恒的黑暗与寒冷： 阳光无法穿透，温度常年维持在0-4摄氏度，视觉系统几乎失效。

能量的匮乏： 深海远离光合作用区，食物稀缺，生物必须极度高效地利用每一丝能量。

过去，科学界普遍认为深海是生命演化的“死胡同”，甚至认为那里不存在高等生物。即便后来发现了超深渊狮子鱼，我们对其如何适应高压的机制也知之甚少，往往只停留在简单的化学物质推测上。

为什么要研究这个？

这不仅是为了满足人类探索未知的本能，更因为 “极端环境适应机制” 往往蕴含着巨大的应用潜力。例如，耐高压的酶可用于工业催化，抗冻蛋白可用于器官保存，而深海生物独特的代谢机制，可能为人类代谢性疾病或衰老研究提供全新靶点。

🧬 第二部分：突破性成果——解码“深海超人”的两大绝技

中国科学家团队利用我国自主研制的“奋斗者”号、“深海勇士”号等大国重器，深入西太平洋至中印度洋的深海海沟，采集了珍贵的深海鱼类和端足类（如深渊钩虾）样本。

通过多组学大数据分析，他们绘制了脊椎动物多次独立进入深渊的演化路线图，并发现了两类截然不同但同样精妙的生存策略。为了让你更直观地理解，我将其总结为 “基因重塑术” 与 “共生借兵法” 。

🐟 绝技一：深海鱼类的“基因重塑术”——RTF1基因的趋同突变

过去，科学家认为深海鱼抗压主要靠体内一种叫“氧化三甲胺”（TMAO）的物质堆积，认为越深的鱼TMAO越多。

中国团队的发现打破了这一传统认知。 他们在研究中发现，TMAO的抗压作用并非线性的，在6000米以下，鱼类并没有继续堆积更多的TMAO，而是进化出了更高级的手段。

核心突破点：

科学家发现了一种名为rtf1的基因。在深海鱼类中，这个基因发生了趋同突变。

通俗理解： 就像不同品牌的手机，为了适应同一个恶劣环境（比如极寒天气），不约而同地都升级了同一款电池管理系统。

科学原理： rtf1基因的突变，帮助深海鱼类在分子层面维持了蛋白质的稳定性，防止它们在高压下“散架”。这是一种比单纯堆积化学物质更高效、更根本的抗压机制。

此外，研究还发现深海鱼类基因组突变速率低、重复序列比例高，且通过积累多不饱和脂肪酸来保持细胞膜的流动性，这就像给细胞穿上了一层既防弹又保暖的“液态软甲”。

🦞 绝技二：深渊钩虾的“共生借兵法”——高效的宿主-微生物联盟

如果说鱼类是靠“自力更生”改造自己，那么深渊中的端足类动物（如钩虾），则是靠“广纳贤才”。

核心突破点：

研究揭示了深渊钩虾拥有一个高效的**“宿主-微生物”共生体系**。

通俗理解： 钩虾就像是一个“移动的生物反应堆”。由于深海食物少，钩虾自己很难消化那些难啃的有机碎屑。于是，它们招募了特殊的肠道微生物“打工仔”。

科学原理： 这些微生物能高效分解复杂的有机物，为宿主提供能量；作为回报，钩虾为微生物提供生存环境。这种共生关系弥补了深海能量输入的不足，保障了RNA转录的稳定，让生命活动在黑暗中得以维系。

🛠️ 第三部分：技术路径与证据——大国重器与大数据的交响

这项成果并非一蹴而就，而是中国科学家多年深耕与自主创新的结晶。其研究路径体现了“硬科技”与“软实力”的完美结合：

自主装备突破极限：依靠“探索一号”、“探索二号”科考船，以及“奋斗者”号全海深载人潜水器，团队覆盖了1218米至7730米的深海区域，获取了11种深海鱼类和钩虾的珍稀样本。这是全球首次系统性地从基因组层面解析深渊动物适应机制。

多组学“显微镜”：团队没有停留在单一的基因测序上，而是采用了多组学整合分析（基因组、转录组、蛋白组、代谢组）。这就像福尔摩斯探案，不仅看“基因指纹”（基因组），还看“案发时的行动轨迹”（转录组）和“现场遗留物”（代谢组），从而全方位还原了生命适应深渊的真相。

权威背书：这一系列重磅成果以封面故事的形式发表在国际顶级期刊《细胞》（Cell）上，得到了国际同行的高度认可，确立了中国在深渊生物学领域的国际领跑地位。

🚀 第四部分：意义与未来——深渊启示录如何改变我们的生活？

这项研究入选“中国生命科学十大进展”，其意义远不止于填补教科书的空白。它对我们的健康、环境认知乃至未来科技都有着深远的影响。

🏥 1. 医学与健康的“新药典”

抗压与抗衰： 深海鱼类维持蛋白质稳定、抵抗高压损伤的机制（如rtf1基因功能），为人类研究神经退行性疾病（如阿尔茨海默病，往往伴随蛋白质错误折叠）和高压环境下的细胞保护提供了全新的药物靶点。

新型酶制剂： 深渊生物体内的酶在低温高压下依然保持活性，这在工业和医药领域极具价值，例如用于开发更高效的洗涤剂或低温保存器官的保护液。

🌍 2. 环境警示：人类足迹无处不在

研究中有一个令人心痛的发现：在万米深渊的狮子鱼体内，检测到了极高浓度的多氯联苯（PCBs）。这证明人类活动产生的污染物已经渗透到地球最偏远的角落。

意义： 这不仅是生态学的警示钟，也提醒我们，保护海洋就是保护人类自己。

🧪 3. 生物技术的“仿生学”应用

仿生材料： 深海鱼类细胞膜的流动性调节机制，启发科学家设计新型的仿生纳米材料，用于药物递送系统，使其在人体复杂环境中保持稳定。

合成生物学： 钩虾与微生物的高效共生体系，为合成生物学提供了绝佳模板，未来或许能设计出专门用于降解深海污染物的“超级菌群”。

🇨🇳 升华与共鸣：中国深度，探索无止境

当我们仰望星空时，也不要忘记俯瞰脚下的深蓝。这项成果是中国科学家从“跟跑”到“领跑”的生动写照。

从“蛟龙”号到“奋斗者”号，我们拥有了抵达深渊的“腿”；而通过何舜平、王堃等团队的研究，我们正在赋予科学探索一双“慧眼”，去洞察生命在极端环境下的本质。

展望未来，科学家们计划继续深入研究这些深渊基因在陆地生物中的功能验证，甚至探索利用AI技术模拟这些极端蛋白的结构，为新药研发加速。

🌟 结尾：生命的韧性与科学的光芒

回望开篇的问题：生命如何在极端中存活？中国科学家的答案是：通过精妙的基因创新与和谐的共生智慧。

这项关于深渊动物演化的研究，不仅改写了我们对生命树的认知，更让我们看到了在黑暗与高压中，生命依然能以优雅的姿态绽放。这不仅是实验室的胜利，更是人类对自然奥秘探索的一次伟大致敬。

来源: 桂粤科普