住在海底炼狱啃着“砒霜”，这虫子杀疯了！

在太平洋深处，距离海面一千多米的黑暗世界里，地球内部的炽热岩浆与冰冷海水激烈碰撞，形成了一个个神秘的深海热液喷口。这里的环境之恶劣，足以让绝大多数生命望而却步——高达上百度的灼热海水携带着致命的硫化氢和重金属毒素，如巨兽般从海底裂隙喷涌而出。然而，就在这个看似生命禁区的地方，一种鲜艳夺目的黄色蠕虫却在茁壮生长，它们甚至能在距离喷口不足20厘米的位置成群栖息。

这种神奇的生物叫贺氏拟阿尔文虫（Paralvinella hessleri），属于阿尔文虫科的多毛类环节动物。最近，中国科学院海洋研究所的研究团队揭开了这种深海生物适应极端环境的惊人秘密——它们通过一种前所未见的“以毒攻毒”策略，将两种剧毒物质转化为无害的矿物质，从而在这片生命禁区里繁衍生息。这项研究成果，为我们理解生命的适应性演化提供了全新视角。

神秘深海生物阿尔文虫的“定妆照”（图片来源：参考文献1）

Part.1

黄色精灵的栖息地

冲绳海槽，位于中国东海大陆架与琉球群岛之间，是西太平洋最活跃的弧后扩张盆地之一。在这片海域的深处，分布着多个热液活动区，其中伊平屋北热液区和JADE热液区是贺氏拟阿尔文虫的主要栖息地。中国科学院海洋研究所的科考团队利用“科学”号科考船和“发现”号深海机器人，在水深1300多米的海底开展了详细调查。

海底热泉分布图（图片来源：维基百科）

热液喷口附近的生态环境呈现出明显的梯度分布。最靠近喷口的区域被白色微生物膜覆盖，这里温度极高、毒性极强，只有贺氏拟阿尔文虫能够生存；稍远一些的地方栖息着铠甲虾；而深海贻贝则生活在更外围相对温和的区域。这种空间分布反映出不同生物对极端环境的耐受能力差异。研究发现，贺氏拟阿尔文虫生活和觅食的微生物膜中，重金属含量惊人地高，而喷口流体中的硫化氢浓度更是超过了1毫摩尔。

与深海化能合成生态系统中的其他“居民”不同，贺氏拟阿尔文虫通体呈现罕见的亮黄色。在终年不见阳光的深海，大多数生物要么近乎透明或呈灰白色，要么因富含血红蛋白而呈现橙红色。因此，这种鲜艳的黄色在深海生物中极为少见，立刻引起了科学家的注意。

阿尔文虫（Paralvinella hessleri）的图像：A： 分布在伊平屋北部热液喷口区的 P. hessleri 聚落。喷口区的生物群落沿环境梯度呈现明显变化。靠近热液喷口的区域被白色黏液状菌膜覆盖（为 P. hessleri 群落）。黑箭头所示区域为环绕在 P. hessleri 群落周围的深海龙虾（Shinkaia crosnieri），而白箭头所示的贻贝科（BathyModiolinae）则栖息在更远处。A′： 靠近热液喷口处 P. hessleri 蠕虫的放大图像。B： 一只外翻口触手的 P. hessleri 标本（侧视图）。可见其体色呈鲜亮的黄色。C： P. hessleri 的背足（notopod）放大图。D： 鳃器（branchial apparatus）茎部的放大图。图 C 与图 D 均显示 P. hessleri 的表皮中含有黄色颗粒。（图片来源：维基百科）

Part.2

致命的砷积累

通过精密的化学分析，研究团队发现了一个惊人的事实：贺氏拟阿尔文虫体内的砷含量达到了10,189微克每克鲜重，约占其体重的1%。这个浓度比大多数已知的砷超积累生物还要高出一个数量级。更令人震惊的是，这些砷中有92.21%是毒性极强的三价无机砷，而非相对低毒的有机砷化合物。

砷是一种剧毒的类金属元素，因其化学性质与磷相似，容易被细胞的转运蛋白吸收，对生物体造成严重危害。在人类和大多数动物中，即使微量的无机砷暴露也会导致癌症、神经系统疾病等严重健康问题。三价砷的毒性比五价砷强约10倍，是环境中最危险的污染物之一。

深海热液系统的特殊之处在于，这里缺乏能将无机砷转化为低毒有机砷的光合浮游植物和大型藻类。因此，贺氏拟阿尔文虫主要暴露于有毒的无机砷环境中。西太平洋弧后盆地的热液喷口释放的砷浓度远高于东太平洋海隆等其他热液区，使得贺氏拟阿尔文虫面临的砷毒性挑战更为严峻。

Part.3

黄色颗粒的秘密

为了探究贺氏拟阿尔文虫亮黄色的来源，研究团队运用了多种先进的显微技术进行深入分析。他们发现，这种黄色来自于分布在虫体表皮细胞中的大量球形颗粒。这些颗粒不仅存在于体壁和鳃丝的表皮，还出现在口触手和消化道的上皮细胞中。

在鳃丝尖端，黄色颗粒的平均直径为1.29微米；在体壁表皮细胞中为1.04微米；而在口触手中的颗粒较小，平均直径仅0.77微米。有趣的是，所有含有这些颗粒的细胞都直接与海水接触，而且颗粒总是聚集在靠近海水一侧的细胞质中。

通过扫描电镜和透射电镜的超微结构分析，研究人员确认这些黄色颗粒位于细胞内的液泡中，被膜结构包裹。扫描透射电镜-能谱（STEM-EDX）元素分析揭示，颗粒外层富含氧、锇和砷，而内部主要由砷和硫组成。微区拉曼光谱分析进一步确认，这些黄色颗粒的成分与标准的三硫化二砷（As₂S₃，即雌黄矿物）完全一致。

雌黄是一种天然的砷硫化物矿物，在还原性、低温和近中性pH条件下是热力学上最稳定的砷硫化物相。它独特的亮黄色正好解释了贺氏拟阿尔文虫体色的来源。这一发现令人震惊——活体动物竟然能在自己的细胞内形成矿物！

阿尔文虫 (Paralvinella hessleri) 体内黄色颗粒的显微镜分析。A： 石蜡包埋并沿纵轴切片的 P. hessleri 个体，显示其体内结构。B： P. hessleri 主要组织中黄色颗粒的大小分布。C： P. hessleri 主要组织中每个细胞内黄色颗粒的数量。D： 鳃器末端的横切面。E： 鳃器茎部的纵切面。F： 体壁的纵切面。G： 口触手的纵切面。H： 消化道的横切面。ASW：环境海水；ci：纤毛；cu：角质层。（图片来源：参考文献1）

Part.4

“以毒攻毒”的生化机制

基于全基因组测序和蛋白质组学分析，中国科学院海洋研究所的研究人员提出了贺氏拟阿尔文虫独特的“以毒攻毒”解毒机制。

首先，砷通过摄食含高浓度砷的微生物膜或直接吸收进入虫体。多药耐药转运蛋白（MRP）在砷的转运中发挥关键作用。免疫荧光实验显示，MRP不仅存在于鳃丝上皮细胞的膜上，还特异性地定位在黄色颗粒周围的膜结构上，表明它参与将砷富集到细胞内液泡的过程。

与此同时，环境中高浓度的硫化氢通过扩散进入上皮细胞。硫化氢是另一种剧毒物质，它能抑制细胞呼吸链，对需氧生物具有致命威胁。研究发现，贺氏拟阿尔文虫的细胞内血红蛋白在硫化氢的运输中起重要作用。基因表达分析显示，两种细胞内血红蛋白（iHem-1和iHem-2）在进行矿化的组织中高度表达。

在细胞内液泡这个特殊的微环境中，砷与硫化氢相遇并发生化学反应，形成不溶性的雌黄矿物沉淀。通过这种方式，两种剧毒物质被同时“锁定”并失去毒性。这就像是让两个敌人相互制约，最终达到和平共处的效果。

硫同位素分析为这一机制提供了有力支持。贺氏拟阿尔文虫的δ34S值为7.19±0.98‰，与伊平屋北热液喷口流体中硫化氢的δ34S值（7.4-7.7‰）高度一致，表明虫体中的硫主要直接来源于热液喷口的硫化氢，而非通过生物代谢获得。

Part.5

演化的智慧与科学启示

贺氏拟阿尔文虫的“以毒攻毒”适应机制代表了动物利用环境毒素实现自我解毒的独特演化策略。这不仅为理解动物的适应性演化提供了新视角，也为生物矿化研究开辟了新方向。

传统上，我们对动物生物矿化的理解主要集中在骨骼、牙齿、贝壳等支撑和保护结构的形成。而贺氏拟阿尔文虫的细胞内雌黄矿化则展示了生物矿化的另一个功能——解毒。这种跨越多个组织的矿化过程不是为了加固组织，而是为了中和环境毒素，代表了生物矿化功能的新范式。

有趣的是，在同样富含硫化氢的深海热液生态系统中，目前仅发现两种动物能够形成硫化物矿物：贺氏拟阿尔文虫和鳞足螺。尽管它们获取硫化物的机制不同——前者直接从喷口流体获取，后者通过内共生菌产生——但两者矿化的目的都是保护自身免受毒素伤害。这种趋同演化突显了生物矿化在极端环境适应中的重要性。

此外，这项研究还暗示砷这种通常被认为是“非必需”有毒元素的物质，可能在某些极端环境中发挥着促进生物适应的作用。在太平洋马努斯海盆，多种软体动物也积累了大量无机砷，且主要分布在与硫化氢接触的鳃部，暗示可能存在类似的解毒机制。

鳞足螺是一种生活在深海热泉的海螺（图片来源：维基百科）

Part.6

深海的启示

在地球最极端的环境之一——深海热液喷口，贺氏拟阿尔文虫展现了生命惊人的创造力和适应性。通过将两种致命的环境毒素转化为无害的矿物，这种小小的蠕虫不仅在地狱般的环境中生存下来，还在那里繁荣兴旺，形成了高密度的种群。

这一发现提醒我们，生命的韧性和创造力远超我们的想象。在看似不可能存在生命的地方，大自然总能找到独特的解决方案。贺氏拟阿尔文虫的“以毒攻毒”策略，不仅是一个精彩的演化故事，也为我们理解生命如何应对环境挑战、开发新的生物修复技术、甚至寻找地外生命提供了重要启示。

当我们仰望星空，思考生命是否存在于其他星球的极端环境中时，深海热液喷口的这些“炼金术士”告诉我们：生命总能找到出路，即使是在最不可能的地方。贺氏拟阿尔文虫用它独特的生存智慧证明，有时候，最好的防御不是逃避，而是将威胁转化为保护——真正的“以毒攻毒”。

参考文献：

【1】Wang H, Cao L, Zhang H, Zhong Z, Zhou L, et al. (2025) A deep-sea hydrothermal vent worm detoxifies arsenic and sulfur by intracellular biomineralization of orpiment (As2S3). PLOS Biology 23(8): e3003291.https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003291

出品：科普中国

作者：郭菲

监制：中国科普博览

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本文首发于中国科普博览（kepubolan）

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