鱼类可以在6000米以下的“生命禁区”存活？听西北工大王堃解开脊椎动物高压生存的密码

搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第111期，对话南京大学天文与空间科学学院教授王堃。

嘉宾简介：

王堃，西北工业大学生态环境学院教授。长期以进化理论和大数据分析为手段，结合古生物学和分子生物学前沿技术，围绕宏进化尺度上适应与演化的遗传机制展开研究，解析了脊椎动物登陆、器官演化，以及生物对特殊环境适应的遗传基础。

• 鱼类是分多次进入深海的，一小部分早在1亿年前便开始适应深海环境，而大多数鱼类则是在6500万年前白垩纪-古近纪大灭绝事件发生后才进入深海环境。

• 氧化三甲胺（TMAO）曾被认为是深海生物的“抗压神器”，但最新研究发现深海适应并不完全依赖TMAO。

• 近年来我国深海探测取得了长足的进展，某些领域属于国际前列。

• 人类和深海鱼同属脊椎动物，希望未来能够在鱼类的深海高压适应中发掘能够为人类所用的分子机制。

出品｜搜狐科技

作者｜周锦童

编辑｜杨 锦

海平面6000米以下的深渊区域，曾一度被认为是“生命禁区”，我们对鱼类在这种黑暗、高压、寒冷又缺少食物的极端环境下的生存机制，了解的何其有限。

近日，中国科学院深海科学与工程研究所何舜平研究员团队、张海滨研究员团队，联合西北工业大学生态环境学院王堃教授团队，在深海生物学领域的最新原创研究成果于Cell期刊上发表，逐渐揭开了脊椎动物征服深渊的神秘面纱。

对此，搜狐科技对话了王堃教授，听他解开深海鱼类如何在这种极端环境下生存的密码，共同走进这些深海鱼类的“进化之旅”……

“搞清楚了”鱼类进入深海的时间和机制

“曾经大家认为深海6000米以下的区域（超深渊区域hadal zone）是‘生命禁区’，但上个世纪以来，大家慢慢认识到这个地方是有生命的，这并不是我们文章首次提出的，上世纪五、六十年代就有人开始进行深潜研究，本世纪初卡梅隆团队也进行了深潜研究。”王堃解释道。

这次研究团队主要探索两个问题：一是深海鱼类进入深渊的历史过程，二是进入的机制。

11种深海鱼类的采样信息和形态特征 图片来自文章

论文研究的对象主要是脊椎动物中的鱼类，相比于适应能力强的微生物，超深渊环境对于脊椎动物的挑战更大。

“我们发现鱼类是分多次进入深海的，一小部分早在1亿年前便开始适应深海环境，而大多数鱼类则是在6500万年前白垩纪-古近纪大灭绝事件发生后才进入深海领域的，至于深海狮子鱼则是在1000万年以内进入深海的。”王堃如是说。

回到机制本身，深海最大的挑战无疑是“压力”问题。在过去研究的中，氧化三甲胺（TMAO）被广泛认为是深海生物的“抗压神器”，然而研究团队通过系统测定发现，TMAO含量并非简单地随着深度增加而升高。

“虽然2014年有报道称，TMAO含量随着深度增加而呈现出线性增加的趋势，但我们发现有一些鱼类尽管在很深的环境下生存，TMAO的含量也没有很高，所以深海适应可能还存在其他的适应机制。”王堃解释道。

有关“鱼类是什么时候进入深海”，长期以来存在多种学术假说。一种观点认为深海环境在特定地质时期并没有鱼类分布；也有观点则主张曾有鱼类进入深海但后期完全灭绝。而这些假说之间的核心争议就在于深海鱼类是否能够在地球历史上的重大灭绝事件中存活。

考虑到这些灭绝事件导致了大量海洋生物的消亡，这项研究的发现为这一学术争论提供了关键证据：的确有鱼类种群成功渡过了地质历史上的大规模灭绝事件，并在深海环境中延续至今。

此外，该团队此前以深渊区域的代表性物种——超深渊狮子鱼为研究模型，深入探索了该物种在极端环境中的适应性遗传机制，在2019、2023年也发布了相关研究文章。

对此，王堃表示：“我们2019年的样本是2017年采集的，那时还依靠无人探测器采样，我们远程控制一个无人深潜器，里面有饵料来引诱鱼进入，随后打捞上来，而2023年，我们获得了更多深渊狮子鱼的群体样本。”

“今年发表的工作，关键在于我们国家深潜技术的进步，让我们可以通过载人深潜的方式进入，然后再通过机械手进行采样，可以捕捞到一些以前没有抓到的鱼类，包括这次期刊的封面，也是通过载人深潜在海底舷窗拍摄的深海水母。”王堃分享到。

Cell期刊封面

所以从最开始的一个物种到物种群体，再到丰富的物种类型，让王堃和团队可以进行跨物种的比较，他们也寻找到了一个趋同性，那就是有关DNA转录蛋白的突变。

“蛋白质由氨基酸构成，细胞需要从DNA到RNA，再到蛋白质，在DNA信息转录的过程中，有一个很关键的蛋白，蛋白中又有一个氨基酸位点，我们发现在3000米以下的类群中都发生了趋同突变，这种突变至少独立出现了9次，这是比较罕见的。”王堃解释道。

不仅如此，他们还获得了马里亚纳海沟、菲律宾海沟等不同海沟的深海狮子鱼样本，他们发现这一类群可能是从马里亚纳海沟逐步迁徙到其它海沟的。

海精灵教会我们——生命的可能性”

让人意想不到的是，研究团队还在马里亚纳海沟超深渊狮子鱼体内检测出了高浓度多氯联苯（PCBs），这一发现不禁让我们发问：人类活动对深渊生态系统的威胁是不是已经超出了预期？

对此，王堃感叹道：“可以这样说，PCBs这类物质主要是加在有机材料里让它们更稳定的添加剂。由于化学结构特别稳定，它们在环境中不容易被分解。海洋中本来是没有PCBs的，这些物质是最近几十年才被排放到环境中的。”

“我们在这些远离人类的深海生物中也发现了它们的存在，这说明人类活动的影响确实已经遍布全球。这提醒我们保护生态环境、推进可持续发展还有很长的路要走。”

谈及研究的难点，当属前期的样品采样。“前期样品采集的过程中，何老师还有很多科研工作者需要乘坐深潜器进入海里，而且何老师比我年长一辈，但他还是在努力探索未知，我很佩服。”王堃如是说。

载人深潜器机械臂采集鱼类 图片来自王堃

王堃长期致力于以大数据和交叉学科的手段解析生命奥秘，谈及这一研究方向的初衷时，王堃表示：“我的研究聚焦于宏观演化领域，旨在揭示从鱼类到人类的生命演化历程。这一过程本身对我而言极具吸引力——比如我目前正在研究的脊椎动物如何从水生环境适应陆地生活、从浅海迁移至深海等演化路径，以及骨骼结构和呼吸器官的进化起源等关键问题。”

王堃团队成员曾分享过这样一句话：“这些深海精灵教会我们——生命的可能性，永远比想象中更辽阔。”而王堃也向搜狐科技描绘了很多震撼的瞬间。

“我直接接触这些生物比较少，主要是从数据上进行分析，但我听大家的分享是很有趣的，比如像深海狮子鱼，开始观察到了深海的鲸落，然后会有虾游过去，鱼群紧随其后，等抓到虾的时候就会吃这个虾，过几天虾也游走了，鱼也就散了。”王堃的描述宛如《深海探秘》纪录片一样。

深海环境本质上是一个资源匮乏的生态系统，其能量输入极为有限。由于深海区域缺乏阳光穿透，当地生物群落的能源供给主要依赖上层海洋环境中有机物质的沉降，包括浅层水域生物的遗骸及其他有机碎屑，鲸落就是典型的例子。

而深海狮子鱼是机会性捕食者，可能再进食后很长时间，才会遇到新的食物，而这也就意味着它有长期耐饿的需求。

“就像沙漠里的骆驼一样，需要储存大量营养，这种鱼的肝脏很大，而且生出来的卵也比别的鱼的卵大很多，当我们把很多线索一条条串起来之后，我们就会发现很多有趣的地方，所以你看，像深海狮子鱼这个物种是很不一般的，可以说是很‘不容易’的小生命了。”王堃绘声绘色地讲道。

希望未来研究可以服务于人类

谈及未来的研究方向，王堃称还是希望在应用上有所突破，最终可以服务到人类的身上。

其实他们的科研团队不仅仅致力于研究鱼类，比如团队还有其他老师研究鹿角的再生机制，可以促进人类无疤痕修复和再生。

人类也属于脊椎动物的一员，所以王堃也希望可以在动物界探索到一些相关的能应用在人类身上的分子机制。

“我们都知道超氧化物对人类具有伤害性，而深海鱼类是有很强的抗超氧化物的能力的，我们也找到了相关的酶，如果能够在工业上甚至医学上进行利用，或许未来能够成为对抗人类相关疾病的一种工具。”王堃如是说。

对话最后，王堃还分享了他对于未来十年深海生物学领域发展的期待。

在王堃看来，随着深海探测技术的发展，未来对深海的探索一定会更加完善。“我们现在对深海生物大致可以勾勒出一个初步的轮廓，未来或许可以弄清楚深海生物圈的整体情况以及建成历史。”

他还谈到了对科研的期待：“我们现在对一些适应机制了解的很有限，只能说找到了一些线索，一些点，至于如何连成一条线，甚至一个面，还有许多有待解决的问题，未来十年技术发展如此之快，我们期待着这样的科技进步能真正转化为实实在在的福祉——借助生物智慧，在解决医疗、修复等难题上开启全新的篇章。”

运营编辑 |曹倩审核｜孟莎莎