科学家揭秘深渊生物如何突破高压生存禁区 | 科技前线

近日，中国科学院全球深渊研究团队，联合西北工业大学、华大生命科学研究院、上海交通大学等国内多家高校和科研单位，围绕深渊生命研究主题，在马里亚纳海沟、雅浦海沟、蒂阿曼蒂那深渊、瓦莱比-热恩斯深渊等执行了系列科考航次任务，对所获得的深海深渊生物样本，开展了从基因到生态系统层面的多维度研究，取得系列成果。

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全球深渊深潜探索计划

深渊（超过6000米的深海区域），具有超高静水压力、黑暗、低温、构造活跃等特点。这些极端特性对动物的生存造成巨大挑战，因此，长久以来这里被认为是复杂生命的禁区。

随着深渊科考的发展和进步，人类在深渊底部不仅发现了丰富的微生物，还观测到多种多样的大型无脊椎动物，甚至鱼类等脊椎动物。

这些动物是从何处起源的？又是如何适应深渊极端环境？有怎样的演化历史？这些问题一直以来都是科学界关注的重点。

2014年，中国科学院提出“深渊探索计划（HADSTEP）”，于2016年率先突破马里亚纳海沟万米禁区科考，开启了我国深海研究的万米时代。2022年，作为HADSTEP计划的延续，启动了“全球深渊深潜探索计划（Global TREnD）”。

Global TREnD依托万米载人潜水器“奋斗者”号以及“探索”系列科考船，开展多国联合、多学科综合深潜考察，已完成对马里亚纳、克马德克、千叶－堪察加等九条全球主要海沟深渊的载人深潜科考。

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揭示万米深渊钩虾“身世”

理解动物如何适应深渊仍然是一个科学难题。研究发现，端足类钩虾是深渊生态系统中的核心物种，扮演着“能量枢纽”的角色。

进一步研究显示，钩虾基因组是人类基因组的4倍多，信息达13.92 GB，刷新了端足目的基因组纪录。

科研团队通过染色体水平基因组和群体遗传学分析，并综合转录组、宏基因组、代谢组等多组学数据，首次揭示了钩虾这种万米深渊动物的群体分化、种群动态历史以及其适应深渊环境的分子机制。

同时，其基因组是全球已发表的“最深”的动物基因组，群体研究产出的数据量，是迄今为止全球最大规模的单一海洋物种重测序，为研究深渊生态系统提供了宝贵的数据资源。该结果为深入理解生命如何适应深渊环境提供了新的见解。

▲ 研究揭示万米深渊钩虾环境适应性和种群历史

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揭秘脊椎动物

突破高压生存禁区的“奥秘”

基于Global TREnD，科研团队对从超深渊海沟、海盆和断裂带、热液区，以及中国南海海域捕获的11种深海鱼类的基因组数据进行深入分析，构建了深海鱼类的“生命进化树”，揭示了脊椎动物征服深渊的史诗历程。

通过对11种深海鱼类的高质量基因组的比较，科研团队发现，深海鱼类的演化奇迹从白垩纪开始。

▲11种深海鱼类的采样信息和形态特征

研究显示，氧化三甲胺并非唯一抗压法宝，多不饱和脂肪酸的积累也能维持细胞膜流动性，助力鱼类对抗高压。该成果挑战了深渊鱼类的环境适应机制传统理论。

科研团队还对几种典型的深海鱼类的特异性的适应机制进行了深入的研究，结果表明不同类群深海鱼类对深海极端环境均展现出独特的适应机制。

另一方面，对不同超深渊海沟深渊狮子鱼群体遗传分析结果表明，深海洋流可能是深渊鱼类跨海沟基因交流的推动力。

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未来值得期待

随着Global TREnD开展，人类探索深海的脚步加速进行，深渊这片未知之地正逐渐揭开神秘面纱。

未来基于“奋斗者”号以及“探索”系列科考船，科学家将推进人类对生物如何克服海洋最深区域环境挑战的理解，探索和保护深渊这一独特的生态系统。

论文链接：

Zhang et al., The amphipod genome reveals population dynamics and adaptations to hadal environment, Cell (2025) , https://doi.org/ 10.1016/j.cell.2025.01.030

Xu et al., Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea, Cell (2025) , https://doi.org/ 10.1016/j.cell.2025.01.002

来源：中国科学院深海科学与工程研究所

责任编辑：吴昊 曹旸