近日，西北工业大学生态环境学院王堃教授团队联合中国科学院深海科学与工程研究所何舜平研究员团队、张海滨研究员团队在深海生物学领域的最新原创研究成果在《Cell》（《细胞》）期刊发表。研究团队构建了深海鱼类“生命进化树”，揭示脊椎动物征服深渊历程。
深海鱼类在“高压黑暗”的深海区域如何生存？为什么会在超深渊狮子鱼肝脏发现污染物……3月17日，华商报大风新闻记者专访了王堃教授，进行详细解读。
上图为无人深潜器在深海采集到的鱼类。图来自中科院深海所何舜平研究员
>>研究成果
少数深海鱼类在1亿年前就开始适应深海环境
近日，西北工业大学生态环境学院王堃教授团队联合中国科学院深海科学与工程研究所何舜平研究员团队、张海滨研究员团队在深海生物学领域的最新原创研究成果在《Cell》（《细胞》）期刊发表，西北工业大学博士研究生许文杰为共同第一作者。
研究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。团队分别于2019年在《Nature Ecology & Evolution》（《自然-生态与进化》）和2023年在《eLife》期刊上发表了相关研究论文，揭示了超深渊狮子鱼的生存密码，发现这群"深渊居民"在感官系统、昼夜节律及骨骼系统等方面均发生了重大适应性变化，并从细胞层次揭示了其应对高静水压力的遗传基础。然而，由于研究集中于单一物种，关于脊椎动物在深海环境中适应性的全面理解仍有所欠缺。
为填补这一空白，团队与中国科学院深海科学与工程研究所展开联合研究，经过多次深海巡航，采集了来自深海不同区域的11种鱼类样本。通过对这些样本的基因组数据进行深入分析，研究团队构建了深海鱼类的"生命进化树"，揭示了脊椎动物征服深渊的历程。结果显示，少数类群的深海鱼类在1亿年前便开始适应深海环境，而大多数现存的深海鱼类则是在6500万年前的大灭绝事件后才进入深海区域。进一步的研究发现深海鱼类展现出较低的突变速率，并且与DNA修复及细胞膜功能维持相关的自然选择信号，同时对深海黑暗环境也发生了不同层次的适应性改变。
同时，研究团队进一步探讨了脊椎动物应对高压环境的分子机制。此前，能够在高压下稳定蛋白质结构的氧化三甲胺（TMAO）被认为是脊椎动物适应深海高压环境的“抗压神器”。团队通过测定不同深度鱼类肌肉组织中的TMAO含量，发现生存深度0-6000米的鱼类，TMAO含量随着深度增加而升高，但在6000米以下的深海鱼类则未出现这一趋势。这表明，TMAO并不能单独解释所有深海鱼类在高压下的适应机制，可能存在着更精妙的分子机制。
更为突破性的发现是，所有生存深度在3000米以下的深海鱼类均存在一种高度保守的RTF1基因突变（Q550L），实验表明此变突影响了转录效率，揭示了这一基因在适应高压环境中的潜在作用。这一发现为揭示深海生物压力适应的分子机制开辟了新的研究方向。
深海鱼体内的污染物警示人类亟需保护海洋环境
此外，团队还发现，来自马里亚纳海沟和菲律宾海沟的超深渊狮子鱼，其肝脏组织中含有极高水平的多氯联苯（PCBs），这是一种常见的人工合成污染物。这一发现警示我们，人类活动已对深海脊椎动物产生了深远的影响，甚至在地球最深的海沟中亦难以逃脱污染的侵袭。
这些研究成果不仅展示了深海鱼类如何适应极端环境的关键机制，也为我们提供了深了解解脊椎动物如何突破高压生存禁区的宝贵视角。这一发现无疑为未来生物学、生态学以及深海保护研究开辟了新的前沿领域。
当我们在万米深渊发现生命的奇迹，也看到了环境保护的紧迫。这项跨越学科边界的研究，正在重新定义人类对生命韧性的认知。或许正如团队成员所言："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。"
>>专家解读
深海里的生命咋生存？
深海鱼类“吃一顿饿几顿”
记者：研究成果揭示了超深渊狮子鱼的生存密码，发现这群"深渊居民"在感官系统、昼夜节律及骨骼系统等方面均发生了重大适应性变化，并从细胞层次揭示了其应对高静水压力的遗传基础。这些适应性变化是什么？怎么形成的？在深海里，生命是什么样的？为了适应环境生存，它们做了哪些努力？
王堃：我们主要研究的对象是脊椎动物，脊椎动物有复杂的感官系统和神经系统。对于它们，深海的黑暗和高压是很大的挑战。黑暗看不见光，有些物种演化出来能够在极弱光线下进行感知的视觉能力，也有些物种放弃了对光线的感知，转而增强听觉。在另一方面，太阳光不仅让动物能看见，还给动物以及很多其它生物提供了昼夜节律的划分，在深海就没有这样的昼夜节律了，但是它们也得维持一定的节律，所以就会有一些特殊的改变让他们不依赖太阳光也有节律。就像人类经常说的作息，即使在没有太阳光的深海，它们的机体依然有能力保持相应的作息。
当然，没有太阳光，最大的问题，就是没有直接的能量来源，深海是很荒芜的环境，主要的食物来源是从上层下来的有机物沉降，有个通俗的名字叫“海洋雪”。藻类被虾类吃，虾类被鱼吃，小鱼被大鱼吃，被吃掉的常常是死掉的鱼虾等生物，有的是自然死亡，有的是受伤而死，一层一层向下降，所以被称为“海洋雪”。深海的鱼类往往也是机会型的捕食者，吃一顿饿几顿，所以得储存更多的能量，它们的卵也更大。
脊椎动物怎么征服深渊？
底栖类群伴随海沟逐渐移动
记者：通过对这些样本的基因组数据进行深入分析，研究团队构建了深海鱼类的"生命进化树"，揭示了脊椎动物征服深渊的历程。脊椎动物是如何征服深渊的？
王堃：脊椎动物有多个类群进入深海，不同的类群进入的时间跨度很大，有的在一亿年前就已经进入深海了，也有些是最近的几十万年才进去的。进入深海主要分为两种类型，一种是具备跨深度进行移动的类群，它们可以主动探索更深的海域，也可以游动到更高的地方，还有一种是底栖的类群，它们是伴随着海沟的形成，逐渐移动下去的。
为啥深海鱼类突变速率低？
深海无阳光突变会变慢
记者：进一步的研究发现深海鱼类展现出较低的突变速率，并且与DNA修复及细胞膜功能维持相关的自然选择信号，同时对深海黑暗环境也发生了不同层次的适应性改变。怎么理解“较低的突变速率”？
王堃：突变是生命演化的驱动力，一个重要的来源是紫外线的照射，引起DNA突变。深海里面没有阳光，突变就更慢了。
深海鱼类怎么“在深渊抗压”？
不饱和脂肪酸不易凝固助其抗压
记者：研究成果表明，TMAO并不能单独解释所有深海鱼类在高压下的适应机制，可能存在着更精妙的分子机制。深海鱼类怎么“在深渊抗压”？
王堃：深海鱼的细胞膜不仅要抗压，还需要保持适度流动。只有流动，细胞才能活跃，否则鱼将失去活力。流动性既不能过快，也不能过慢。就像皮肤对于人体的重要性，细胞膜对于细胞更为关键。深海鱼体内富含不饱和脂肪酸，这使得细胞膜既不易凝固，又能经受高压，保持所需的流动性。
另外，还有一个负责转录的基因也很重要，在进入3000m以下深海的鱼类中，几乎所有鱼类都出现了一个氨基酸突变，可以帮助他们在高压低温的环境下更好地实现转录过程。转录的意思是从DNA到RNA的步骤，然后RNA再翻译到蛋白质，最终实现遗传信息的传递。
地球最深海沟难逃污染侵袭？
污染物进入海洋最终会反噬人类
记者：研究团队还发现，来自马里亚纳海沟和菲律宾海沟的超深渊狮子鱼，其肝脏组织中含有极高水平的多氯联苯（PCBs），这是一种常见的人工合成污染物。请您进一步介绍一下深海鱼体内的污染物，海洋环境保护非常迫切，人类该做些什么？
王堃：这一发现警示我们，人类活动已对深海脊椎动物产生了深远的影响，甚至在地球最深的海沟中亦难以逃脱污染的侵袭。
在狮子鱼体内，我们检测到了多溴联苯醚（PBDEs）和多氯联苯（PCBs）等持久性有机污染物。这些化学品最初是为了利用其出色的阻燃、耐热和电绝缘性能而生产，广泛应用于塑料、汽车内饰、电视、电脑、变压器、油漆等产品中。由于它们极为稳定、不易分解，在工业和消费产品中具有不可替代的作用。
然而，这些污染物一旦进入海洋，就会在海洋生物体内逐渐累积。当人类食用受污染的海鲜时，健康便可能受到威胁，这就要求我们更加珍惜和保护海洋环境。另外，污染物在海洋生物体内的累积还可能损害生态系统的多样性。所以，一方面，人类不能向海洋排放污染物，除了个体行为要遵守之外，工业排放更要符合环保要求；另一方面，人类也要不断进行产业升级，使用更绿色的制造材料。
此外，还有一些是砷、铝、铁、汞、硒、镍、铬等，这些可能是海底天然造成的。
万余米深海科研咋开展？
科研多采用无人深潜器的方式
记者：深海鱼类的研究是怎么完成的？
王堃：通过无人深潜器和载人深潜器潜入深海来获取研究资料，万米载人潜水器“奋斗者”号最深能潜入海下一万一千米。
科研中，一般多采用无人深潜器的方式，无人深潜器潜入深海，会采集回来深海影像资料，也会带回鱼类标本；载人深潜器潜入深海后，因为有人为控制，获取的鱼类标本能更充分一些。目前，对深海生命的研究已深入到马里亚纳海沟最深处（在海下一万一千米）。科研成果离不开科技手段的发展，科技手段的发展离不开国家给予的强大支持，我国深潜器的水平目前在世界属于先进水平。
华商报大风新闻记者 任婷
上图为载人深潜器在深海采集到的鱼类。图来自中科院深海所何舜平研究员
上图为载人深潜器在深海观察到的鱼类。图来自中科院深海所何舜平研究员