由中國科學(xué)院全球深淵研究團(tuán)隊(duì)研究員何舜平主導(dǎo)，聯(lián)合中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所、水生生物研究所以及西北工業(yè)大學(xué)等單位科研人員完成了關(guān)于深海魚類研究的重要研究成果。該研究是在中國科學(xué)院部署實(shí)施的“全球深淵深潛探索計(jì)劃”（Global TREnD）的支持下，基于我國自主深潛技術(shù)獲取的深海和深淵魚類樣本庫，首次實(shí)現(xiàn)了從基因到生態(tài)系統(tǒng)層面的多維度突破。
該研究使用“探索一號”和“探索二號”科考船，我國自主研制的4500米級載人潛水器“深海勇士”號、全海深載人潛水器“奮斗者”號以及全海深著陸器“原位實(shí)驗(yàn)”號、“天涯”號等裝備，通過對馬里亞納海溝、雅浦海溝、蒂阿曼蒂那深淵、瓦萊比-熱恩斯深淵、西南印度洋熱液、菲律賓海盆及南海等系列科考航次，覆蓋幾乎整個(gè)深海魚類棲息深度范圍（1218米至7730米）的科學(xué)考察，獲得了6大典型深海魚類類群，共11種深海魚樣本，其中6種超深淵帶（>6000米）樣本。
自2017年起，何舜平團(tuán)隊(duì)開展深海魚類研究。2019年，該團(tuán)隊(duì)公布了首個(gè)已知棲息深度最深的魚類類群即馬里亞納海溝超深淵獅子魚的基因組并解析了其獨(dú)特的深海適應(yīng)機(jī)制。2019年至2024年，該團(tuán)隊(duì)分析了深淵獅子魚的嗅覺和視覺系統(tǒng)的適應(yīng)性，首次解析了其肝臟組織脂質(zhì)組和蛋白質(zhì)組，全面闡述了馬里亞納海溝深淵獅子魚的適應(yīng)性演化機(jī)制。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)對深海劍魚和平鰭旗魚的恒溫演化機(jī)制、深海月魚和深海鰻鱺魚深海適應(yīng)的分子機(jī)制開展了研究。基于前期成果，該團(tuán)隊(duì)再次取得了系統(tǒng)性解析深淵魚類的成因和適應(yīng)性演化的新突破。
該研究對從西太平洋至中印度洋海域，深度1218米到7730米水深，超深淵海溝、海盆和斷裂帶，熱液區(qū)及中國南海海域捕獲的11種深海魚類的基因組數(shù)據(jù)開展分析，構(gòu)建了深海魚類“生命進(jìn)化樹”，揭示了脊椎動物征服深淵的史詩歷程。結(jié)果表明，大多數(shù)現(xiàn)存的深海魚類約在6500萬年前的大滅絕事件后才進(jìn)入深海區(qū)域，而少數(shù)更古老的深海魚類類群在1億年前便已開始適應(yīng)深海環(huán)境，并可能在連續(xù)的大滅絕事件中存活。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，深海魚類基因組展現(xiàn)出較低的突變速率和較高的重復(fù)序列比例，并對深海黑暗環(huán)境表現(xiàn)出不同層次的適應(yīng)性變化。
進(jìn)一步，該研究探討了脊椎動物應(yīng)對高壓環(huán)境的分子機(jī)制。此前，能夠在高壓下穩(wěn)定蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的氧化三甲胺被認(rèn)為是脊椎動物適應(yīng)深海高壓環(huán)境的“抗壓神器”，同時(shí)，隨深度增加，魚體內(nèi)氧化三甲胺含量呈線性增加。研究通過測定不同深度魚類肌肉組織中的氧化三甲胺含量發(fā)現(xiàn)，生存深度0至6000米的魚類氧化三甲胺含量隨深度增加而升高，但在6000米以下的深海魚類未出現(xiàn)這一趨勢。這表明，氧化三甲胺不能單獨(dú)解釋所有深海魚類在高壓下的適應(yīng)機(jī)制，可能存在著更精妙的分子機(jī)制。
更重要的是，所有生存深度在3000米以下的深海魚類均存在一種高度保守的rtf1基因突變。體外實(shí)驗(yàn)表明，該變突顯著影響轉(zhuǎn)錄效率，提示了轉(zhuǎn)錄調(diào)控在深海高壓適應(yīng)中的潛在作用。這為揭示深海生物壓力適應(yīng)的分子機(jī)制開辟了新的研究方向。
同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，馬里亞納海溝和菲律賓海溝的超深淵獅子魚的肝臟組織富集了極高水平的多氯聯(lián)苯。多氯聯(lián)苯是常見的人工合成有機(jī)污染物。這一發(fā)現(xiàn)警示我們，人類活動已經(jīng)對地球最深處的生物產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。
研究對幾種典型的深海魚類的特異性的適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了探討。結(jié)果表明，不同類群深海魚類“各顯身手“，對深海極端環(huán)境均展現(xiàn)出獨(dú)特的適應(yīng)機(jī)制。研究還對魚類肌肉組織多種代謝物如脂肪酸、氨基酸及重金屬污染物和蛋白質(zhì)組進(jìn)行全面檢測。同時(shí)，不同超深淵海溝深淵獅子魚群體遺傳分析發(fā)現(xiàn)，深海洋流可能是深淵魚類跨海溝基因交流的推動力。
上述研究提升了科研人員對脊椎動物如何克服海洋最深區(qū)域環(huán)境挑戰(zhàn)的認(rèn)知，突出了繼續(xù)探索和保護(hù)這些獨(dú)特深海生態(tài)系統(tǒng)的必要性。
3月6日，相關(guān)研究成果以Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea為題，發(fā)表在《細(xì)胞》（Cell）上。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、“全球深淵深潛探索計(jì)劃”（Global TREnD）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、中國科學(xué)院國際伙伴計(jì)劃及海南省重大科技計(jì)劃的支持。
論文鏈接
11種深海魚類的采樣信息和形態(tài)特征
科學(xué)家揭秘脊椎動物突破高壓生存禁區(qū)的適應(yīng)性重塑和演化軌跡
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