中国科学家系统揭示深渊中的微生物“绿洲”

本报讯（记者 易蓉）超过6000米的深海，曾一度被科学界视为生命的禁区，但一项由中国科学家主导的研究刷新了这一认知。近日，由上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所、华大集团等共同发起的“溟渊计划”发布二期成果，以1篇观点文章和3篇研究论文的专辑形式发表于国际权威期刊《细胞·宿主与微生物》。中国科学家从高压作用、活性蛋白、海底地形和基因资源等层面，系统揭示万米海底看不见的微生物“绿洲”，推动深渊生命研究由生态图景描绘走向原理解析和资源挖掘，显示我国深渊生命科学研究持续国际领跑。相关成果获编辑特别推荐，称“揭示了海洋最深处此前被低估的遗传多样性和微生物过程”。

深渊高压通常被视为生命活动的“抑制因子”。但研究团队基于“奋斗者”号全海深载人潜水器的精细采样与原创性实验，提出了颠覆性的“高压激发”假说——高压一方面可能造成DNA损伤、蛋白质错误折叠，另一方面诱导产生的活性氧也能参与分解惰性有机物，为微生物提供碳源和能源。在超60兆帕压力下，深渊高压引发一种“破坏—激活”的连锁反应，在特定条件下成为激发生命代谢扩展的“动力引擎”。

为了解极低生物量环境中的微生物是否真正活跃，团队建立了核酸与蛋白质共同提取、分析的方法，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，其中超过95%的蛋白为深渊特有。研究显示，深渊微生物仍在活跃利用不同碳源和能源，病毒也以不同生态策略影响微生物群落及元素循环。相关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，表明万米海底并非“沉寂之地”。

研究团队还分析马里亚纳海沟挑战者深渊的精细地形、沉积物和微生物数据，发现凹陷地形能够汇集有机物，形成高生物量、高多样性和高活性的微生物“隐秘热点”。这些凹陷区域还可能成为微生物从深渊向浅层海域扩散的中转站，改变了深渊作为物质“只进不出”沉积终点的传统认识。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。

在全球尺度上，团队整合包括深渊在内的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240余万个代表性蛋白结构，形成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。研究发现，深海如同一个独特的“进化引擎”，具有更强的快速进化信号，并蕴含392个全新蛋白结构域。团队通过序列与结构协同筛选，从中挖掘出1308个深海特异解旋酶候选基因，并验证了多个具有应用潜力的解旋酶。相关工作为探索深海基因“暗物质”和发掘潜在生物技术资源提供了可复用的方法框架。

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、跨单位的自由探索与有组织科研相结合的大平台。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“溟渊计划”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。