近日，中國(guó)科學(xué)院全球深淵研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)、華大生命科學(xué)研究院、上海交通大學(xué)等國(guó)內(nèi)多家高校和科研單位，圍繞深淵生命研究主題，在馬里亞納海溝、雅浦海溝、蒂阿曼蒂那深淵、瓦萊比-熱恩斯深淵等執(zhí)行了系列科考航次任務(wù)，對(duì)所獲得的深海深淵生物樣本，開展了從基因到生態(tài)系統(tǒng)層面的多維度研究，取得系列成果。

01

全球深淵深潛探索計(jì)劃

深淵（超過6000米的深海區(qū)域），具有超高靜水壓力、黑暗、低溫、構(gòu)造活躍等特點(diǎn)。這些極端特性對(duì)動(dòng)物的生存造成巨大挑戰(zhàn)，因此，長(zhǎng)久以來這里被認(rèn)為是復(fù)雜生命的禁區(qū)。

隨著深淵科考的發(fā)展和進(jìn)步，人類在深淵底部不僅發(fā)現(xiàn)了豐富的微生物，還觀測(cè)到多種多樣的大型無脊椎動(dòng)物，甚至魚類等脊椎動(dòng)物。

這些動(dòng)物是從何處起源的？又是如何適應(yīng)深淵極端環(huán)境？有怎樣的演化歷史？這些問題一直以來都是科學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)。

2014年，中國(guó)科學(xué)院提出“深淵探索計(jì)劃（HADSTEP）”，于2016年率先突破馬里亞納海溝萬米禁區(qū)科考，開啟了我國(guó)深海研究的萬米時(shí)代。2022年，作為HADSTEP計(jì)劃的延續(xù)，啟動(dòng)了“全球深淵深潛探索計(jì)劃（Global TREnD）”。

Global TREnD依托萬米載人潛水器“奮斗者”號(hào)以及“探索”系列科考船，開展多國(guó)聯(lián)合、多學(xué)科綜合深潛考察，已完成對(duì)馬里亞納、克馬德克、千葉－堪察加等九條全球主要海溝深淵的載人深潛科考。

02

揭示萬米深淵鉤蝦“身世”

理解動(dòng)物如何適應(yīng)深淵仍然是一個(gè)科學(xué)難題。研究發(fā)現(xiàn)，端足類鉤蝦是深淵生態(tài)系統(tǒng)中的核心物種，扮演著“能量樞紐”的角色。

進(jìn)一步研究顯示，鉤蝦基因組是人類基因組的4倍多，信息達(dá)13.92 GB，刷新了端足目的基因組紀(jì)錄。

科研團(tuán)隊(duì)通過染色體水平基因組和群體遺傳學(xué)分析，并綜合轉(zhuǎn)錄組、宏基因組、代謝組等多組學(xué)數(shù)據(jù)，首次揭示了鉤蝦這種萬米深淵動(dòng)物的群體分化、種群動(dòng)態(tài)歷史以及其適應(yīng)深淵環(huán)境的分子機(jī)制。

同時(shí)，其基因組是全球已發(fā)表的“最深”的動(dòng)物基因組，群體研究產(chǎn)出的數(shù)據(jù)量，是迄今為止全球最大規(guī)模的單一海洋物種重測(cè)序，為研究深淵生態(tài)系統(tǒng)提供了寶貴的數(shù)據(jù)資源。該結(jié)果為深入理解生命如何適應(yīng)深淵環(huán)境提供了新的見解。

▲ 研究揭示萬米深淵鉤蝦環(huán)境適應(yīng)性和種群歷史

03

揭秘脊椎動(dòng)物

突破高壓生存禁區(qū)的“奧秘”

基于Global TREnD，科研團(tuán)隊(duì)對(duì)從超深淵海溝、海盆和斷裂帶、熱液區(qū)，以及中國(guó)南海海域捕獲的11種深海魚類的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，構(gòu)建了深海魚類的“生命進(jìn)化樹”，揭示了脊椎動(dòng)物征服深淵的史詩歷程。

通過對(duì)11種深海魚類的高質(zhì)量基因組的比較，科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，深海魚類的演化奇跡從白堊紀(jì)開始。

▲11種深海魚類的采樣信息和形態(tài)特征

研究顯示，氧化三甲胺并非唯一抗壓法寶，多不飽和脂肪酸的積累也能維持細(xì)胞膜流動(dòng)性，助力魚類對(duì)抗高壓。該成果挑戰(zhàn)了深淵魚類的環(huán)境適應(yīng)機(jī)制傳統(tǒng)理論。

科研團(tuán)隊(duì)還對(duì)幾種典型的深海魚類的特異性的適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果表明不同類群深海魚類對(duì)深海極端環(huán)境均展現(xiàn)出獨(dú)特的適應(yīng)機(jī)制。

另一方面，對(duì)不同超深淵海溝深淵獅子魚群體遺傳分析結(jié)果表明，深海洋流可能是深淵魚類跨海溝基因交流的推動(dòng)力。

04

未來值得期待

隨著Global TREnD開展，人類探索深海的腳步加速進(jìn)行，深淵這片未知之地正逐漸揭開神秘面紗。

未來基于“奮斗者”號(hào)以及“探索”系列科考船，科學(xué)家將推進(jìn)人類對(duì)生物如何克服海洋最深區(qū)域環(huán)境挑戰(zhàn)的理解，探索和保護(hù)深淵這一獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)。

論文鏈接：

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

來源：中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所

責(zé)任編輯：吳昊 曹旸