破译溟渊深处的生命密码

科研团队透过万米载人潜水器“奋斗者”号舷窗看到雅浦海沟最深区域的奇特水母。

工作中的“奋斗者”号。 本文资料图片均由上海交通大学提供

　　中国科学家在马里亚纳海沟、雅浦海沟6000-11000米水深区域进行系统采集

　　深入分析1648份沉积物 622个钩虾样本 11种深海鱼类

　　研究鉴定出7564种深渊原核微生物

　　其中89.4%为未报道的新物种

　　3月7日，由上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所、华大集团联合发起并执行的“溟渊计划”（马里亚纳海沟环境与生态研究计划，英文简称“MEER计划”）在海南三亚发布第一阶段成果。

　　研究团队通过系统性科考，首次阐明深渊生态系统的生命适应策略和资源潜能，为极端环境生命及其资源潜能研究建立了关键科学基准。

　　2021年，该团队跟随我国自主研发的万米载人潜水器“奋斗者”号，首次深潜马里亚纳海沟进行科考。3年多来，团队在溟渊深处破译生命密码，一系列成果实现了多项全球突破：人类首次到达雅浦海沟最深点、首次对深渊生态系统进行系统研究、首次建立全球深渊生物大数据库并开放共享。这些成果的取得，标志着我国深海生命科学研究已迈入国际前沿。

　　日前，中国教育报记者采访了该团队师生，与他们共同探寻万米深渊中蕴藏的生命演化和生命健康的奥秘。

　　从未知到繁荣——

　　探寻“人类禁区”的生命踪迹

　　10909米！这是中国科学家测得的马里亚纳海沟最深处，也是地球上最少被探索的极端环境之一。这里的压力高达1100个大气压，常年冰冷、黑暗，被视为高等生命的“禁区”。

　　上世纪以来，不少科学家投身于深渊研究，但受限于苛刻条件，人类对深渊生物的了解如同盲人摸象，以实验室培养为基础的生命高压适应研究也“已经努力到无能为力”。

　　2020年，这一困境迎来了转机。年底，中国第一艘万米级载人潜水器“奋斗者”号凭借其独特的采样能力和超长的海底作业时间，成为全球唯一具备深渊系统调查采样能力的载人潜水器。

　　这一消息，让上海交通大学教授肖湘异常振奋。他带领的团队，是全球深海高压微生物领域极少数坚守至今的科研团队之一。

　　肖湘强烈预感到，多年求索的深海微生物如何适应高压的未解之谜，就藏在这万米深蓝之下。

　　2021年10月，他作为召集科学家，联合上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所、华大集团等多家科研单位，共同发起了马里亚纳海沟环境与生态研究计划。

　　“起航前，我们甚至想不到会有这样一个项目。”肖湘回忆。但大家怀揣着同一个信念：一定要揭开深渊生命的神秘面纱。于是，团队在甲板上临时给项目起名为“MEER计划”。

　　在深渊的极端环境里，每下潜一米都是对设备性能的巨大考验，每停留一秒都是用生命极限上演生死竞速。

　　“谁都不知道潜水器下到万米深渊时，会遇到什么样的状况。我们那个航次几乎每一次下潜回来，都有部件需要更换。”项目成员之一、上海交通大学生命科学与技术学院、深部生命国际研究中心副研究员赵维殳介绍，当潜水器到达万米深渊时，能够清晰看到采样机械手上有油滴渗出，说明深渊环境对采样装置的极限挑战。

　　“我们经历了至少5个台风，是当时海区唯一的作业船只。”肖湘回忆道，大家顾不得风险，争分夺秒地想要多进行几次深潜。

　　50多天的科考中，团队攻克了深渊极端高压环境下的采样与实验技术难题，对马里亚纳海沟、雅浦海沟等6000至11000米水深区域进行了系统采集，共获得水体、沉积物、宏生物等样本2000余份，并建立了“深海采样—基因测序—数据分析—实验室验证”的全链条科研模式。

　　不久前，“溟渊计划”团队公布了全球首张海洋最深生态系统图景。通过深入分析1648份沉积物、622个钩虾样本及11种深海鱼类，团队研究鉴定出了7564种深渊原核微生物，其中89.4%为未报道的新物种，其多样性指数与全球已知海洋微生物总量相当。

　　原来，深渊中并非一片寂静的生命荒漠。

　　从竞争到协作——

　　开放全球唯一深渊生物大数据库

　　“我们就像闯入了一个陌生的生态圈。”透过“奋斗者”号观察窗看到的景象，彻底颠覆了赵维殳的认知：许许多多发着红色、黄色光芒的浮游生物，如星辰般从舷窗边掠过。

　　上世纪70年代，美国科学家首次成功分离出一株来源于深海的嗜压微生物。此后大约几十年间，全球仅分离出300株嗜压菌，其中来自深渊极端环境的更是寥寥无几。直到不久前，“溟渊计划”建立了全球唯一的深渊生物大数据库，并向全球开放共享，这才揭开了深渊生态系统的神秘面纱。

　　通过对采集样本的深入分析，团队不仅研究鉴定出7564种深渊原核微生物，还发现深渊微生物通过采用“精简型”和“多能型”两种适应策略，在深渊的高压、低温、寡营养环境中异常繁盛，从而支撑了深渊生态系统的繁荣。此外，团队还首次系统研究了深渊生态系统的食物链，从微生物到无脊椎动物（钩虾）再到脊椎动物（鱼类），阐明了极端环境下生命协同演化的科学规律。

　　“这些成果将拓展人类对海洋生态的认知。”肖湘自豪地介绍，研究团队建立的全球唯一深渊生物大数据库，包含微生物基因组、钩虾及鱼类基因组数据集。“深渊微生物的宏基因组数据规模与过去全球海洋微生物研究的总量相当。”

　　深渊微生物的极高新颖性和多样性，展现了深渊在新基因、新结构和新功能方面的巨大资源潜力。这些资源为解决全球生物资源枯竭问题提供了新的选择，同时也为生物技术、医药、能源等领域的创新应用开辟了广阔前景。

　　肖湘告诉记者：“这些宝贵的数据是人类不可复现的历史记录，它们代表着2021年10至12月间地球深渊生命的真实情况，应该保留下来并与全人类共享。我们也希望能够把这些数据用好，为全球深海科技发展贡献中国智慧。”

　　为此，2021年下潜至马里亚纳海沟最深点完成采样任务后，肖湘在深渊底部通过水声通讯对外发布了《马里亚纳共识》倡议，承诺向全球开放共享深渊生命数据，呼吁国际科研力量携手共同攻克深渊环境与生命科学难题。该倡议为应对生物资源枯竭的挑战提供了新思路，促进了全球深海生命研究从竞争走向协作。

　　以颠覆谋超越——

　　构建中国原创的理论体系

　　今年春季新学期伊始，上海交通大学的“从深渊到太空：探索极端生命”课上，赵维殳被一群学生围在中间，热烈讨论着极端环境下的生命形式。

　　从马里亚纳海沟到珠峰登山大本营，从南海冷泉到青藏高原的热泉……这是师生们的课程内容，也是“溟渊计划”团队真实的科考见闻。该课程的内容均来自团队的一线科研实践。

　　3年多来，这支平均年龄不到40岁的科研团队不仅探寻极端环境下的生命奥秘，还把无数“默默无闻”的科研成果带进课堂，让研究“后有来者”。

　　“常有人诟病中国科学家的研究往往缺乏原创的理论体系。我们想打破这一认知。”赵维殳坚定地说。

　　采访中记者发现，36岁的年轻科学家赵维殳身上有一股执着劲。也正是这种“死磕”精神，让团队在“无人区”越走越远。如今，团队的研究已被业内一些专家认为是“颠覆了经典环境适应的研究方式”。

　　生物如何“扛住”超高水压等深渊极端环境，一直是科学界的难题。对此，团队提出了一种“共适应”理论，即不同生命类型在同一种极端环境下会采取相似的应对策略。无论是微生物、无脊椎动物还是脊椎动物，比如钩虾和鱼，它们适应高压的策略是一致的，抗氧化的策略也是一致的，都拥有相似功能的细胞保护剂。

　　肖湘介绍，“共适应”理论过去已在实验室中得到验证，但此次是在自然界中首次观察到并证实了这一机制的普遍存在。目前，相关合作正在上海交通大学附属瑞金医院等医疗场景中尝试，将有望更深入地理解人类与微生物的关系，从而解决一些与人类相关的难题，最终造福人类。

　　（通讯员江倩倩、冯硕对本文亦有贡献）

《中国教育报》2025年03月12日 第06版

作者：本报记者 徐倩