格陵兰鲨(Greenland Shark) 图源：Wikimedia commons 作者：Hemming1952， CC BY-SA 4.0格陵兰鲨（Somniosus microcephalus），又名小头睡鲨、大西洋睡鲨、灰鲨，是一种生活在格陵兰和冰岛周围北大西洋海域的大型鲨鱼，其身形巨大，并且极其长寿。2016年的一项研究通过碳-14测年法发现，格陵兰鲨鱼的寿命可达392±120年，是地球上已知寿命最长的脊椎动物。这种鲨鱼的生长速度极慢，每年仅增长约1厘米，且需要150年才能达到性成熟。然而，尽管格陵兰鲨的寿命如此之长，其基因组研究却一直未能取得突破，直到最近，科学家们才首次完成了格陵兰鲨的染色体水平基因组组装，这一技术突破能够提供更完整、更准确的基因组信息，有助于深入理解格陵兰鲨的生物学特性。

基因组组装与分析
2025年2月，东京大学的研究团队在《bioRxiv》预印本发表了一项关于格陵兰鲨基因组的研究。他们成功完成了格陵兰鲨的首个染色体水平基因组组装，基因组大小为5.9 Gb，N50大小为233 Mb，包含37,125个预测基因，基因组完整度达到86.5%。这一成就不仅为研究格陵兰鲨的深海生态和极端寿命提供了重要的基因组学基础，也为理解其独特的生物学特征开辟了新的途径。

在基因组组装过程中，研究人员利用了Hi-C技术，通过染色质相互作用图谱将基因组序列锚定到42条伪染色体上。这种高精度的基因组组装方法使得研究人员能够更深入地研究格陵兰鲨鱼的基因组结构和功能。此外，他们还对基因组中的重复序列进行了注释，发现重复序列占据了整个基因组的83.1%，其中逆转录元件、DNA转座子和串联重复序列分别占46.39%、3.88%和12.9%。

格陵兰鲨被世界自然保护联盟（ICUN）列入濒危物种红色名录，评估等级为易危( VU)，图源：IUCN Redlist
基因家族的扩张与收缩 通过对格陵兰鲨基因组与其他12种软骨鱼类基因组的比较分析，研究人员发现格陵兰鲨的基因组中存在显著扩张和收缩的基因家族。其中，与NF-κB信号通路相关的三个基因家族（TNF、TLR和LRRFIP）的拷贝数在格陵兰鲨中显著增加。NF-κB信号通路在调节免疫反应、炎症和肿瘤形成方面起着关键作用，当这一通路被破坏时，病原体和肿瘤细胞可能会迅速繁殖，从而影响生物体的整体健康，其基因家族的扩增可能与格陵兰鲨的长寿和低癌症发病率有关。

研究人员还发现格陵兰鲨的基因组中存在多个与DNA修复相关的基因家族的扩增。这些基因的扩增可能有助于减缓衰老过程，因为DNA损伤的积累是衰老的一个重要因素。此外，格陵兰鲨鱼的TP53基因也引起了科学家的注意。TP53基因被誉为“基因组的守护者”，在抑制肿瘤和修复DNA方面发挥着重要作用。格陵兰鲨鱼的TP53基因序列与其他动物有所不同，这种突变可能影响p53蛋白的结构和功能，从而有助于延长寿命。

与红海胆的相似性 格陵兰鲨鱼并不是唯一具有长寿基因的海洋生物。红海胆（Mesocentrotusfranciscanus）也是一种寿命极长的生物，其寿命可达100年以上。研究表明，红海胆的基因组中也存在多个与NF-κB信号通路相关的基因。这种相似性表明，NF-κB信号通路的基因扩增可能是长寿的一个共同特征。

适应深海环境的基因特征 格陵兰鲨生活在深海环境中，其视觉系统可能已经适应了低光条件。研究人员在格陵兰鲨的视紫红质（RHO）基因中发现了氨基酸替换，这些替换导致了所谓的“蓝移”现象，即视紫红质的吸收波长向蓝光方向偏移。这种适应性进化可能有助于格陵兰鲨在深海的微弱光线下更好地感知环境。

此外，格陵兰鲨鱼的嗅觉系统也表现出独特的适应性。研究表明，格陵兰鲨鱼的嗅觉器官具有较大的层状表面积，这表明其嗅觉能力可能非常发达。这种对嗅觉的依赖可能与格陵兰鲨鱼在深海中寻找食物和导航的行为有关。

种群遗传学分析 研究人员还对格陵兰鲨鱼及其近亲太平洋睡鲨（Somniosus pacificus）的有效种群大小进行了动态分析。通过PSMC（Pairwise Sequentially MarkovianCoalescent）分析，研究人员发现格陵兰鲨鱼的有效种群大小在过去一直呈下降趋势，而太平洋睡鲨则显示出从历史瓶颈中恢复的迹象。这种种群动态的差异可能与两种鲨鱼的生态习性和生存环境有关。

太平洋睡鲨（Pacific sleeper shark.）；图源：Wikimedia commons 作者：Valeriefarias， CC BY-SA 4.0此外，研究人员还利用hPSMC方法估计了格陵兰鲨和太平洋睡鲨的分化时间。结果显示，这两种鲨鱼大约在300万年前完全分化。这一发现为理解格陵兰鲨鱼的进化历史提供了重要的时间框架。

对人类健康的启示
格陵兰鲨鱼的基因组研究不仅有助于我们理解这种神秘生物的生物学特征，还可能为人类健康和长寿研究提供重要的启示。例如，格陵兰鲨鱼的基因组中与DNA修复和免疫反应相关的基因家族的扩增，可能为开发新的抗癌疗法和延缓衰老的策略提供线索。科学家们希望通过比较格陵兰鲨鱼的基因组与其他长寿动物（如红海胆和弓头鲸）的基因组，揭示更多关于衰老过程的机制。这些研究不仅增进了我们对长寿机制的理解，也为未来的研究奠定了基础。

未来的研究可以进一步探索这些基因的功能，并尝试将其应用于人类医学，如开发新的药物或基因疗法。此外，研究人员将继续探索格陵兰鲨鱼的基因组，关注其代谢机制、行为特征以了解其长寿的综合因素。将格陵兰鲨鱼的基因组与其他长寿物种进行比较，寻找共同的长寿机制，也是未来研究的重要方向。通过测序更多来自不同海洋区域的个体，研究人员可以更详细地揭示格陵兰鲨的全球种群动态，这将有助于我们更全面地理解这种生物的生态和进化历史。

格陵兰鲨的基因组研究为我们提供了深入理解这种神秘生物的生物学基础。通过揭示其基因组中的长寿和适应性进化机制，不仅可以更好地保护这一物种，还可能为人类健康和长寿研究带来新的希望。

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编译 | Sara
审核 | YJ
排版 | 绿叶

参考资料略

来源: 海洋与湿地