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圖1 深海魚類基本信息圖示
圖2 深海魚類重要的深海適應(yīng)性機(jī)制
近日，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所、中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所何舜平團(tuán)隊(duì)在深淵魚類適應(yīng)性領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究構(gòu)建了環(huán)太平洋深淵魚類基因組資源庫(kù)，系統(tǒng)且全面揭示了脊椎動(dòng)物突破高壓生存禁區(qū)的適應(yīng)性重塑和演化軌跡。研究還顯示人類活動(dòng)已經(jīng)對(duì)深淵環(huán)境造成了污染。研究成果以“Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea （魚類對(duì)深海的進(jìn)化和遺傳適應(yīng)）”為題，3月6日在線發(fā)表于《細(xì)胞》（Cell）。
深淵環(huán)境是地球上最極端且惡劣的生態(tài)系統(tǒng)之一，靜水壓力超過(guò)600 atm，長(zhǎng)期被視為“生命的禁區(qū)”。在海洋深淵帶（2000-6000米）和超深淵帶（6000米以下，如馬里亞納海溝），深淵魚類作為唯一適應(yīng)極端高壓、永久黑暗、近冰點(diǎn)低溫、低氧高硫及寡營(yíng)養(yǎng)環(huán)境的脊椎動(dòng)物類群，成為研究生命極限與進(jìn)化適應(yīng)的關(guān)鍵模型，其獨(dú)特性同時(shí)揭示了深海生態(tài)系統(tǒng)的孤立性和脆弱性。然而，早期研究多聚焦于單一物種，導(dǎo)致對(duì)脊椎動(dòng)物深海適應(yīng)的普適機(jī)制仍缺乏系統(tǒng)性認(rèn)知。
為填補(bǔ)該領(lǐng)域研究空白，何舜平團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)多家優(yōu)勢(shì)單位，通過(guò)開展多次深海科考航次，系統(tǒng)采集了覆蓋不同深度的11種深海魚類樣本。研究表明：少數(shù)深海魚類類群早于1億年前已開始適應(yīng)深海環(huán)境，而現(xiàn)存大多數(shù)物種是在白堊紀(jì)末期大滅絕事件后向深海擴(kuò)散。研究發(fā)現(xiàn)深海魚類具有較低的基因突變速率，檢測(cè)到與DNA修復(fù)及細(xì)胞膜功能維持相關(guān)的自然選擇信號(hào)，并對(duì)黑暗環(huán)境呈現(xiàn)出多層次的適應(yīng)性演化。通過(guò)系統(tǒng)測(cè)定不同深度魚類的氧化三甲胺（TMAO）含量隨深度變化趨勢(shì)，證實(shí)TMAO無(wú)法單獨(dú)支撐深海魚類的高壓適應(yīng)機(jī)制，必須與其他機(jī)制協(xié)同作用。
所有棲息深度超過(guò)3000米的深海魚類普遍攜帶RTF1基因Q550L位點(diǎn)的高度保守突變，該突變導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄效率顯著降低，提示該基因在高壓適應(yīng)中具有關(guān)鍵功能。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步在超深淵獅子魚體內(nèi)檢測(cè)到極高濃度的多氯聯(lián)苯（PCBs，一種人工合成污染物），證實(shí)人類活動(dòng)污染物已侵入超深淵生態(tài)系統(tǒng)。這些發(fā)現(xiàn)不僅闡釋了深海魚類適應(yīng)極端環(huán)境的分子機(jī)制，更警示了人類活動(dòng)對(duì)地球最深生態(tài)系統(tǒng)的深遠(yuǎn)影響，凸顯深海環(huán)境保護(hù)的緊迫性。對(duì)這類“暗黑生命”的研究，既拓展了生命科學(xué)的認(rèn)知邊界，其適應(yīng)機(jī)制也可能為人類能源、醫(yī)療及環(huán)境挑戰(zhàn)的解決蘊(yùn)藏潛在鑰匙，為可持續(xù)發(fā)展提供啟示。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（42330405）、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDB42030000)、全球深淵深潛探索計(jì)劃（GLOBAL TREnD）等項(xiàng)目資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.002