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万米深渊之下:我国科学家揭秘海底国际的基因奥妙与生命奇观

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近日,娱乐圈再度掀起一阵波澜,关于某位明星的黑料竟然曝光,引发广泛关注。据悉,这些信息涉及其私生活以及与多位同行的互动,虽然真实性还有待考证,但无疑为该明星的公众形象带来了挑战。粉丝和吃瓜群众纷纷围观,期待后续进一步的发展和澄清。究竟事情真相如何,令人好奇。

万米深渊之下:我国科学家揭秘海底国际的基因奥妙与生命奇观

·人类活动在几十年间就能影响到深海,那么是不是反过来,在这个“旮旯”里发生的工作也会影响到咱们?

超深渊带(Hadal zone)是指海平面6000米以下的区域。好像它的英文词源、冥界之王“哈迪斯”(Hades,有“阴间”之意)所暗示的那样,这片严寒乌黑的海底幽狱荒芜且瘠薄,水压逾越1100标准大气压,适当于每平方米接受1万2100吨的压力。

即使在这样的绝地中,活力也并未隔绝。这些奥秘的生物能够习惯深海的极点环境,但人们对它们所知甚少。近来,一系列由我国科学家完结的研讨提醒了一个巨大且昌盛的深渊生态体系,剖析了其间微生物与两种宏生物习惯极点环境的基因战略。研讨于2025年3月6日以专辑方法宣布在《细胞》(Cell)杂志上,首位批包括4篇论文,还有多篇等候宣布。

深渊中存在巨大且昌盛的生态体系。图片由该研讨的作者供给。

这些研讨是一项名为“溟渊方案”(马里亚纳海沟环境与生态研讨方案,英文简称“MEER方案”)的深海体系性研讨的效果,由上海交通大学、我国科学院深??蒲в牍こ萄刑炙?、华大集团等多家单位联合主导。在2021年10月至12月期间,研讨团队使用我国自主研产出产的“奋斗者”号载人潜水器,在马里亚纳海沟、雅浦海沟和菲律宾海盆的145个站点进行了32次潜水,在6000-11000水深处收集了2000余份水体、沉积物、宏生物等样本。

经过基因测序与剖析,研讨者们发现了7000多种或许是新物种的深渊微生物,它们经过不同的基因战略一同在海底构成了一个昌盛的“社会”。稍大一些的深渊钩虾具有巨大且重复的基因组,是人类基因组数量的4倍。更大的鱼类为了习惯深海,演化出多种抗压的基因战略。研讨标明,存在逾越物种鸿沟的对深渊环境的趋同习惯战略。

研讨人员是怎么深化海底并进行研讨的?深海生物又是怎么绝地求生和共存的?这些发现与咱们人类有什么联系?为了答复这些问题,汹涌科技日前采访了“溟渊方案”的研讨人员。

搭乘“奋斗者”号潜入深渊。

深渊研讨的特别之处在于具有代表性的深海区域散落世界各地,而有条件进行下潜的国家也为数不多。做这样的研讨往往是时机在前,方案在后。

2020年2月,我国研产出产的“奋斗者”号载人潜水器完结了总装和陆上联调。2020年11月10日,“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功抵达最深处,坐底深度10909米。是现在仅有一个能够一同将三人带到水下万米深度的潜具,也成了“溟渊方案”成行的条件。

“对人类来说,对我国来说,都是一次很可贵的时机。咱们提交的请求一经过,就当即过去了。”上海交通大学生命科学技能学院/微生物代谢国家重点试验室、深部生命世界研讨中心主任肖湘说。

登上科考船奔赴采样点时,他和搭档们还没有一份完好的采样和研讨方案。他们群策群力,现场确认了科考方针,并联络组织各单位的科研和技能团队来执行研讨方案的细节。

“要在船带着深渊样本回到港口之前,清晰样本保存、处理、剖析等流程。咱们这些在岸上的来自不同研讨单位的研讨者也是‘临危受命’,一同参加到了这个大项目中来?!被笊蒲а刑衷菏匝檠兄聘呒豆こ淌?。

当科考船抵达采样意图地邻近时,就会放下“奋斗者”号??蒲Ъ液凸こ淌γ谴畛怂虑钡缴詈:螅芄痪当鄄僮鞑裳璞附泻5壮粱锊裳?,也能经过诱捕设备、海水过滤体系等其它设备来采纳不同类型的生物样本?;当鄄赏曛?,将这些样本放到周围一个“托盘”上一同带回来。算上下潜和上浮的时刻,下潜人员一次要在潜器内待10多个小时。

“奋斗者”号正在采样。图片由该研讨的作者供给。

“‘奋斗者’号里边是一个直径1.8米的钛合金球形座舱,能够坐三个人。坐在中心的是主驾,左面是副驾,担任辅佐主驾、调查环境和操作机械臂等电气设备??蒲腥嗽弊谟冶?,需求采样的时分就跟主驾和副驾进行交流?!被笊蒲а刑衷荷锛寄芨毖刑衷泵狭了?。

样本收集上来后,科学家们在海面的科考船上再接再励地进行检测或处理,由于这些样本会因周围环境的理化性质发生剧变而敏捷逝世。比方深渊钩虾,孟亮介绍道,咱们收集到的钩虾样本虽然表面看起来没有发生明显改动,但它们的细胞极有或许现已决裂,生物大分子开端降解,若不及时处理就很难进行后续剖析。

在科考的两个月时刻里,研讨团队经过这种“连轴转”的方法采纳到了很多深渊生物样本。几名作者都表明,这些样本是极点宝贵的。它们不只反映了特定时期的深海生态,也是人类对深海影响的历史记录。

“这是2021年10月到12月,人类对马里亚纳海沟底部影响状况的一个描绘。未来,咱们不知道什么时分才会再去?!毙は嫠?,“过了100年乃至1000年,有人再去采样拿到样本,再看到的海沟状况就能够跟咱们现在的数据比照,就知道人类活动又影响了什么?!?。

“这组研讨数据咱们会尽量地揭露,完好地展现出来?!彼?。

深海生物的基因隐秘。

船靠港后,样本被送到各个合作单位的试验室进行基因组测序等检测和剖析。研讨人员们在这些数据的基础上对这些深渊生命基因功用、团体散布、习惯机制等方面做出了许多探究。

“曾经也有研讨报导在马里亚纳海沟等深渊里边有一些生命的存在,但这些生命究竟规划多大,多样性有多高,是不是普遍存在,这些咱们都不确认。而这次,咱们初次确认了在万米深渊傍边的确有一个昌盛的生态体系,特别是微生物?!焙?。

这种昌盛首要体现在多样性规划上。“咱们判定出7564个物种水平的代表性微生物基因组,其间89.4%是新发现的。这个规划有多大呢?它跟全球已知的一切海洋微生物物种数量适当,直接将咱们对深渊微生物的认知提升了一个数量级,这还仅仅是这一次研讨的发现?!薄?/p>

研讨者们还发现,微生物去习惯深渊极点环境的战略并不单一。有一些微生物或许以一种“精简”的方法来面临极点环境,假设一个代谢功用不是跟保持最基本生计有关,一些微生物爽性就会“扔掉”掉相关的基因,来节省能量和养分。

还有一些微生物挑选了截然相反的战略。一方面,它们也会保存一些耐压或许抗氧化相关的基因,但一同它们会想方设法丰厚对环境中各种因素的感知才能,使用不同的物质来保持本身的生计。

“打个比方,这两种战略就像肉食动物和杂食动物通衢。肉食动物获取能量很高效,而杂食动物什么都能吃。就算环境改动也能生计?!焙樯艿?,这些战略的构成或许与深渊的全体环境压力与部分环境改动有关。

深渊微生物们既相互依赖,也相互竞争,构成了一个昌盛的社会?!耙恍┚蛐偷奈⑸锪〈煌揪抖际遣煌旰玫?,它们没方法独自生计,必须有不同物种合作,例如使用其它微生物的代谢废物。这样就构成了一个杂乱的代谢网络,用‘团体’的方法榨干这个瘠薄环境中的每一点资源。”韩默说到,“另一些微生物则会排泄抗菌肽等物质,杀死其它的微生物来取得更好的生计环境?!薄?/p>

除了微生物之外,研讨者们还初次对一种深渊典型物种——钩虾(Hirondellea gigas)进行了全基因组测序,探究了它习惯高压环境的生物机制。

“这种钩虾归于端足目,而咱们往常说的虾归于十足目,二者牵强能算作‘远房表亲’?!泵狭两樯艿?,“钩虾是食腐动物,能够吃从海面沉降下来的残渣,一同也是深海鱼类的首要食物,因而它在深渊生态体系中发挥‘承上启下’的关键效果”。

深渊钩虾是研讨深渊生态的“明星物种”,但它的完好基因组一向没有被破解。在这次的研讨中,研讨团队凭仗完善的样本前处理和长读长基因测序技能,成功将钩虾基因组“拼”了出来。

研讨发现,钩虾基因组巨细达13.92 GB,是人类基因组(3.2 GB)的4倍多,改写了端足意图基因组纪录。在它的基因序列中,更是存在高达71.98%的重复序列。研讨估测这或许与习惯深海环境有关,但还需求进一步研讨。

孟亮说,钩虾身上的一个“疑团”是它对压力的习惯有着很大的弹性?!八挠滋逶诮锨车乃虺こ沙商逯?,就能够去更深的当地。它的笔直散布十分广,在最深的挨近11000米的当地咱们收集到过,在6800米的当地也有。这之间的压力改动是十分大的?!薄?/p>

研讨者们首要瞄准了一种已知的能够协助深渊物种抗压的化合物TMAO(氧化三甲胺),它能够起到安稳细胞蛋白结构的效果,调理细胞表里的渗透压平衡以应对压力改动。然而在深渊钩虾的基因组中,并没有直接找到完好的组成代谢通路。

“咱们经过前人的研讨找到了创意——人类是能够经过肠道微生物一同组成TMAO的,钩虾会不会也是这样?”孟亮说,他们果然在钩虾肠道中发现了一些优势菌种,能够与宿主合作去组成TMAO并调理含量,以更好地习惯压力环境。

钩虾与微生物的“协作”不止于此。研讨发现,钩虾还能与微生物一同效果,将难以消化的木质素分化。

“深海的整个物质能量是十分匮乏的,关于个别较大、需求摄食的动物来说就很困难。表层沉降下来的食物不只少,仍是上面不要吃的‘渣渣’。钩虾需求高效使用这些物质,将其转化为养分。”。

以往的研讨发现,钩虾以难以消化的木质素为食。而在这次的研讨中,研讨者们找到了基因中排泄这种消化酶的完好通路,“有一些是钩虾本身所具有的,有一些是肠道微生物供给的。微生物不只从宿主身上取得‘优点’,也要供给一点协助,一同在困难环境中求生?!泵狭了怠?/p>

深渊生物身上还存在太多未解之谜。该系列另一篇研讨经过11种深海鱼类的基因组比较研讨发现,鱼类体内的TMAO浓度与深度没有明显相关性,这意味着深海生物或许有其它抗高压机制。该研讨指出,多不饱满脂肪酸的堆集也能保持细胞膜流动性,助力鱼类对立高压。

原位采样协助研讨者取得了愈加精确的深海样本,但毕竟无法直接在海底长时间调查和现场检测,许多信息无法把握。虽然研讨者们现已深化到基因层面,但想要从基因中得到深渊生物习惯极点环境的悉数隐秘,还需求很多的研讨。

“咱们知道这是一段基因序列,可是它的功用是什么?在极点环境习惯性中效果的分子机理是什么?咱们现在还没有彻底研讨清楚。所以期望效果宣布之后,能够招引更多同行的爱好与重视,咱们合力攻关,让咱们对深渊物种的知道能愈加深化?!泵狭了?。

深渊与人类。

有理论以为生命在海洋中发端,人类的先人也是从海洋走向陆地。前期地球环境十分极点,生命也很或许在相似的环境中诞生。要验证这样的猜测,就需求去极点环境中探究。

“在深渊微生物研讨中,咱们虽然没有找到直接的依据,但的确注意到一些头绪。有些微生物在演化树上更接近基干部位的一些分支,它们在深渊里的昌盛或许意味着这儿比起惯例环境保存了更多生命演化的前期依据,这是一个不错的音讯?!焙姆克谋π谟靠萍?,“假如在后续研讨中能找到一些前期生命乃至于生命来历的更多头绪,我觉得会是十分振奋人心的?!?。

除了答复科学问题,深渊生物的“生计诀窍”也能够为人类所学习。肖湘说到,一些芳香族化合物在地面上是持久性污染物,难以被降解。但在深海里,没有其他养分来历的微生物居然以这些化合物为食?!吧詈I芄坏值舱庑┪廴疚?,咱们是不是能够用这些微生物来照料咱们的自然环境,造福人类?”。

在医疗范畴,原有的抗生素现已呈现耐药性问题,而新式抗生素的发现发展缓慢?!靶路⑾值纳钤ㄎ⑸镉行┠芄慌判箍咕牡任镏?,丰厚了咱们的储藏,或许能为药品开发供给新的挑选。”韩默说。

“咱们看到生命的一些特别的规则在深渊里有普遍性。咱们现在现已在跟一些医院的交流,看看能不能服务于医疗,不只仅是作为药物辅佐,还有对生命战略的了解?!毙は婊顾档剑氨确?,了解极点医疗环境下病原微生物,环境微生物与宿主的联系。”。

深渊与人类社会最直接的联系,或许在于它们虽然相隔悠远,却同属一个生态体系。不只人类的活动能影响深渊,深渊也或许反过来对咱们的生计环境形成影响。

“咱们曾经在一些深渊海底发现了不少人类废弃物污染,废弃物塑料、玻璃、金属制品什么的,给咱们很大冲击。假如不做这些研讨,一般人或许很难想到离你几千公里的万米深渊或许会被你扔掉的废物污染?!焙担耙桌蕹氏植哦嗌倌??人类活动在几十年间就能影响到深海,那么是不是反过来,在这个‘旮旯’里发生的工作也会影响到咱们?”。

他举例道,当人类的污染给深海带来了不通衢的化学物质时,微生物必定会想方法习惯这个被改动的环境,但咱们并不了解这些改动或许带来的效应。

“当然,咱们能够达观地以为这些微生物把塑料都降解了,分化成小分子有机物,从头回到生态循环中。但有没有或许它们代谢污染物时发生有毒有害的物质?会不会终究无法在污染中生计,然后影响地球的物质和能量循环?”。

“人类关于深渊生命的了解仍是很浅陋的,假如听任污染,谁都不知道结果是好是坏。作为科研工作者,我觉得人们应当愈加慎重,有备无患。”韩默说。

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