在地球上最深邃、最黑暗的地方，生命会以怎样的方式存在？那里，压力是陆地上的数百倍，阳光无法穿透，温度接近冰点，食物稀缺。但一个最新的科学研究揭示，即使在如此极端的马里亚纳海沟深处，生命依然蓬勃发展，展现出令人惊叹的适应能力。2025年3月7日，该研究发表在《细胞》杂志上。这项研究是上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所、华大集团以及其他中国科研机构于2021年启动的马里亚纳海沟环境与生态研究（MEER）项目的最新成果。


“奋斗者”号是中国自主研发的万米级载人潜水器，是目前世界上载人作业深度最大的潜水器。它具备潜入11000米深度的能力，成功挑战了马里亚纳海沟的“挑战者深渊”，即地球海洋的最深处。上图是第十九届国际基因组学大会（ICG-19）会场上，一张“奋斗者”号作业回来的图。 ©Linda Wong | 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

这项名为“马里亚纳海沟环境与生态研究”（MEER）的项目，由中国多家顶尖科研机构合作开展，旨在探索超深渊带的生命奥秘。超深渊带，顾名思义，是指水深超过6000米的海洋区域，它占据了海洋垂直深度的近一半（45%），却只占海底面积的极小部分（仅占海底面积的1-2%）。因此，对于这片神秘的区域，我们知之甚少。

超深渊带的环境，可以用“极端”来形容。想象一下，你潜入海底，随着深度的增加，周围的光线逐渐消失，最终陷入一片漆黑。与此同时，水压也在不断增大，每下降10米，压力就增加一个大气压。在马里亚纳海沟的最深处，压力甚至超过1100个大气压，相当于一辆SUV压在你的指尖上。此外，由于阳光无法到达，植物无法进行光合作用，食物来源非常有限。而接近冰点的温度，更是对生命构成了严峻的挑战。


奋斗者号是中国自主研发的全海深载人潜水器，是目前世界上载人作业深度最大的潜水器。它于2020年11月10日成功坐底马里亚纳海沟，创造了10909米的载人深潜新纪录，标志着我国在大深度载人深潜领域取得了世界领先的成就。上图是北京的一家博物馆陈列的奋斗者号的模型。©Linda Wong | 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）图文无关

但就是在这样的极端环境下，科学家们发现了惊人的生物多样性。研究人员通过基因测序技术，在超深渊带发现了超过7500种新的微生物基因组，其中近90%是科学界从未记录过的——其多样性与全球已知海洋微生物总量相当。这些微生物，为了在如此恶劣的环境中生存，进化出了独特的适应机制。

具体来说，这些微生物通过精简自身的代谢途径，以适应食物稀缺的环境。同时，它们还进化出了特殊的蛋白质和酶，以抵抗高压和低温的影响。例如，一些微生物能够利用海底沉积物中的有机物，甚至是一些有毒的化学物质，作为能量来源；此外，它们还能够通过改变细胞膜的结构和组成，来维持在高压下的稳定性。


汪建、徐讯和刘姗姗获得马沟下潜证书。©Linda Wong, 摄于第十九届国际基因组学大会（ICG-19）| 绿会融媒·“海洋与湿地”（OceanWetlands）

除了微生物，科学家们还对超深渊带的大型生物进行了研究。其中，一种生活在6800至11000米深处的端足类动物，引起了研究人员的极大兴趣。这种动物能够在如此高压的环境下生存，其身体结构和生理机能必然有着特殊的适应性。基因测序之后，研究人员发现，这种端足类动物的基因组中，存在着许多与高压适应相关的基因。这些基因的表达，让它们能够在高压下维持细胞的正常功能。


深渊沉积物取样。（深渊微生物新颖性成因及其适应策略,肖湘、赵维殳、张维佳、徐讯、韩默、刘姗姗等）等人的研究成果 | 图源：BGI华大

此外，研究团队还对11种深海鱼类进行了研究。过去长期以来，科学家们认为，鱼类通过增加体内三甲胺-N-氧化物（TMAO）的含量，来抵抗高压。TMAO是一种能够稳定蛋白质的化合物，随着深度的增加，鱼类体内的TMAO含量也会相应增加。不过，这项研究却发现，生活在6000米以下的鱼类，其体内TMAO的含量并没有显著增加。这表明，深海鱼类可能通过其他方式来适应高压环境——比如说，它们可能通过改变体内其他蛋白质的结构，或者通过增加细胞内其他渗透调节物质的含量，来维持细胞的稳定性。

这项研究的意义，不仅仅在于发现了新的生物物种和适应机制。更重要的是，它挑战了我们对于生命极限的认知。长期以来，我们认为，生命只能在一定的环境范围内存在。然而，超深渊带的发现表明，生命的适应能力远超我们的想象。即使在最极端的环境下，生命依然能够找到生存的方式。


深渊钩虾。（深渊钩虾的适应机制，by张海滨、徐讯、范广益、刘姗姗等） | 图源：BGI华大

此外，这项研究提供了新的生物技术思路。超深渊带的微生物，其独特的酶和蛋白质，可能具有重要的工业应用价值。它们可能被用于生产耐高温、耐高压的生物催化剂，或者被用于降解环境中的有毒物质。而深海鱼类的抗压机制，或许，未来也可能为人类开发新的药物和材料提供灵感。

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文/王芊佳
审核/Linda Wong
排版/angel

来源: 中国绿发会