我国学者揭示深渊看不见的微生物“绿洲”，实现从理论创新到应用发展全链条

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

近日，由上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所和华大集团等共同发起的马里亚纳海沟环境与生态研究计划（MEER 计划）二期研究成果，以专辑形式正式发表于 Cell 子刊Cell Host & Microbe，包括 1 篇观点文章和 3 篇研究论文。这是继 2025 年 MEER 首期成果以封面专辑发表于Cell（4 篇）之后，该计划深耕不辍交出的新续篇。

研究团队首次从“高压激发”假说、蛋白质水平活跃网络、全球深海基因资源图谱与蛋白结构、地形调控碳循环格局等维度，系统揭示了万米深渊中隐藏的微生物“绿洲”，将深渊研究从生态图景描绘推进至原理解析与资源挖掘的新阶段，标志着我国深渊生命科学研究持续国际领跑。

水深超过 6000 米的深渊是地球最深处最极端的环境，一度被视为“生命禁区”。依托“奋斗者”号全海深载人潜水器，MEER 计划一期成果共 4 篇Cell文字，1 篇旗舰文章勾勒项目全貌，3 篇研究论文分别聚焦深渊中的原核微生物、无脊椎动物（钩虾）和脊椎动物（鱼类），这些论文阐明了深渊生态系统的生命适应策略与物种组成，描绘了首个海洋最深生态系统图。详情：

在此基础上，MEER 计划二期研究实现多项技术革新，通过团队原创的核酸-蛋白共提取与共分析技术，攻克了极端环境微生物研究生物量低、提取成功率低、活性鉴定难等关键难题。同时，通过大规模全球数据整合、深渊原位大体积水体过滤、深渊高精度地形采集、地球化学与微生物联合建模等一系列跨学科、跨领域的技术手段，形成了一套覆盖理论创新、技术创新、科学发现与资源挖掘的完整链条。

提出“深渊高压激发”新理论与“共适应”机制

观点文章系统提出了两项科学假说，为解释深渊中远超预期的微生物生物量、多样性和代谢活性提供了全新理论框架。文章指出，超过 60 MPa 的深渊超高压并非单纯抑制生命，而是通过诱导活性氧产生，推动惰性有机物的氧化分解并加速微生物的适应性进化，从而在万米海底形成看不见的微生物“绿洲”。

文章还揭示，以维持活性氧稳态为核心的抗氧化策略，是深渊、珠峰、抗辐射微生物乃至耐旱植物共同选择的“共适应”机制。该观点突破了极端环境研究中“环境抑制-生存抗性”的经典对抗视角，转而形成“极端环境可能也是激发要素”的新视角，为重新认识地球极端生命格局和探寻地外生命奠定了新的理论坐标。

首次揭示深渊微生物活性全景：万米海沟不是“沉寂”之地

第一篇研究论文首次实现深渊微生物与病毒的宏蛋白质组全景分析，解码了海洋最深水体中的活跃生命网络。研究团队利用自主建立的核酸-蛋白共提取共分析技术，构建了包含 13.5 万余个非冗余活性蛋白的深渊特异性数据集（MEER-APD），其中超过 95% 的蛋白为深渊所特有。

该研究表明，深渊高压激发了微生物的特殊代谢模式，可大量利用难降解有机质，依靠硫代硫酸盐、重金属完成能量供给，拓展碳源和能源获取渠道，从而维持高度活跃的代谢；环境内温和与烈性两类病毒则以双重生态策略共同调控微生物群落，进而带来了与上层海洋截然不同的元素循环效应。这一工作将深渊微生物研究从功能预测推进到原位活性综合验证，彻底更新了深渊是一片沉寂之地的传统认知。

海底地形：深渊生态的“隐形推手”

第二篇研究论文进一步揭示了深渊活跃生态系统受地形影响形成了一直被忽视的微生物热点。团队在马里亚纳海沟挑战者深渊的精细地形与沉积物分析中发现，地形指数对地球化学和微生物群落的解释力已超着高生物量、高多样性与高活性，并可能成为微生物从深渊向浅层海域双向扩散的中转站，改变了深渊作为“只进不出”沉积终点的传统观点。团队开发的种群扩散追踪方法已经开源，为深海碳收支评估和大尺度生态预测提供了新工具。

全球最大深海基因资源图谱：解锁深海“进化引擎”

第三篇研究论文从科学认知拓展至资源挖掘与应用转化。研究团队整合了包括深渊在内的全球 2138 份深海宏基因组样本，构建了包含 5.02 亿条非冗余基因的深海基因目录（DSGC），并预测了 240 余万个代表性蛋白结构，构建了迄今为止全球最大的深海基因资源图谱和蛋白结构资源库。

该研究发现，深海是独特的“进化引擎”，拥有更强的快速进化信号，同时蕴含 392 个全新结构域。依托基因序列与蛋白结构协同筛选，研究团队挖掘出 1308 个深海特异解旋酶候选基因，并验证了多个具有实际应用潜力的解旋酶，其中 DSH9 测序速度达到传统解旋酶的 2.3 倍。该工作为探索深海基因“暗物质”和推动生物技术创新提供了可复用的方法框架。

四篇成果有机贯通，从高压激发、活性验证、全球意义、资源挖掘四个维度，完整刻画了地球海洋最深处的微生物活动机制及其资源潜能，揭示了异常繁荣的深渊生态系统在全球物质循环中的潜在枢纽地位。

项目以“奋斗者”号深载潜水器这一大国重器为起点，逐步组建起跨学科、跨领域、跨单位的大平台，融合自由探索与有组织科研模式。在MEER计划一期取得里程碑式突破后，团队依靠可持续的组织模式和充满活力的人才梯队，在短时间内再次产出一系列原创成果，表现出以基础科学理论突破为驱动、有组织科研体制所激发的持续创新活力，推动深海基因资源这一新质生产力为生物技术、医药健康等产业领域开辟新的可能。

这些研究产生的深渊活性蛋白数据集、深海基因与蛋白结构图谱等，均纳入 MEER 计划持续构建的全球最大深渊生物数据库，并通过联合国“海洋十年”、“科学十年”等大科学计划对国际科学界开放共享，为人类认识海洋最深处、开发深海资源宝库贡献中国智慧。

深海基因集与蛋白结构集等研究数据已收录到极端微生物多组学数据库（ExMODE），并已在 CNGBdb 上线，访问地址：https://db.genomics.cn/exmode/collections/dsgc

观点文章：上海交通大学肖湘为通讯作者；上海交通大学赵维殳为第一作者。该项研究得到了国家自然科学基金和海南省自然科学基金等项目的资助。

研究论文1：上海交通大学赵维殳、肖湘，华大生命科学研究院孟亮为通讯作者；中国科学院深海科学与工程研究所张维佳，上海交通大学胡傲然、吴梓恒、刘亮霆为共同第一作者。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和海南省重点研发计划等项目的资助。

研究论文2：上海交通大学肖湘为通讯作者；上海交通大学赵维殳、王景，中国科学院深海科学与工程研究所陈传绪为共同第一作者。该项研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。

研究论文3：华大生命科学研究院董宇亮、刘姗姗、黎宇翔、范广益，英国东英吉利大学Thomas Mock为通讯作者；华大生命科学院研究院、中国科学院海洋研究所郭扬，华大生命科学院研究院王宗安、李登辉、王乐乐、蓝虹霞为共同第一作者。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和海南省重点研发计划等项目的资助。

论文链接：

1. https://doi.org/10.1016/j.chom.2026.07.005

2. https://doi.org/10.1016/j.chom.2026.07.001

3. https://doi.org/10.1016/j.chom.2026.06.015

4. https://doi.org/10.1016/j.chom.2026.05.009