《細(xì)胞》：全球首個(gè)海洋最深生態(tài)系統(tǒng)圖誕生！中國科學(xué)家揭開海底深淵生命神秘面紗丨科學(xué)大發(fā)現(xiàn)

2025年3月6日，全球頂級學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）以封面專輯的形式，重磅發(fā)布了上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所和華大集團(tuán)等共同主導(dǎo)的深淵生命科研成果。

▲《細(xì)胞》封面

1篇旗艦文章勾勒項(xiàng)目全貌，3篇研究論文分別聚焦深淵中的原核微生物、無脊椎動(dòng)物（鉤蝦）和脊椎動(dòng)物（魚類）。

這是人類首次系統(tǒng)性地研究深淵生命，該成果揭示了深淵生態(tài)系統(tǒng)的生命適應(yīng)策略與資源潛能，拓展了人類對極端環(huán)境下生命過程的認(rèn)知，推動(dòng)科學(xué)研究“向極宏觀拓展、向極微觀深入、向極端條件邁進(jìn)、向極綜合交叉發(fā)力，不斷突破人類認(rèn)知邊界”。

深淵水深超過6000米，是全球海洋最深的區(qū)域，代表著地球上最少被探索的極端環(huán)境。馬里亞納海溝最深處達(dá)10909米，足以“吞沒”海拔8848.86米的世界最高峰珠穆朗瑪峰。這里的壓力高達(dá)1100個(gè)大氣壓，常年黑暗冰冷，曾一度被視為“生命禁區(qū)”。

深淵作為生命科學(xué)、地球科學(xué)與工程技術(shù)的前沿，蘊(yùn)含著巨大的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用潛力，深淵研究需要工程技術(shù)與科學(xué)的完美結(jié)合。隨著“深海進(jìn)入”的不斷推進(jìn)，深淵生命的神秘面紗逐漸揭開。

繪制首個(gè)海洋最深生態(tài)系統(tǒng)圖：揭示深淵繁榮的生態(tài)密碼

在中央有關(guān)部委、地方政府、海南省深海技術(shù)創(chuàng)新中心支持下，上海交通大學(xué)、中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所、華大集團(tuán)等多家單位聯(lián)合發(fā)起了馬里亞納海溝環(huán)境與生態(tài)研究計(jì)劃（MEER計(jì)劃），由上海交通大學(xué)肖湘教授作為召集科學(xué)家。

▲MEER計(jì)劃

該計(jì)劃依托“奮斗者”號載人潛水器及深海生命研究領(lǐng)域自主可控的軟硬件體系，在國際深淵科學(xué)研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。這是中國人對海洋最深處的第一次系統(tǒng)性生命科學(xué)研究，相關(guān)成果闡述了深淵生命獨(dú)特的生存策略，并揭示了深淵生命成為人類資源寶庫的無限可能。

研究團(tuán)隊(duì)多次深入深淵海底探索，發(fā)現(xiàn)深淵微生物在最深海域超高靜水壓（600-1100個(gè)大氣壓）下的異常繁盛，揭示了深淵兩種代表性宏生物與深淵微生物之間存在趨同的適應(yīng)機(jī)制，即深淵存在跨越物種邊界的“共適應(yīng)”策略，從而串聯(lián)起了獨(dú)特的深淵生態(tài)系統(tǒng)，描繪了首個(gè)海洋最深生態(tài)系統(tǒng)的圖景。

通過對2000多份的深淵沉積物、深海魚類及深淵鉤蝦樣本的分析，結(jié)合深淵海底現(xiàn)場觀察，研究團(tuán)隊(duì)取得三大突破性發(fā)現(xiàn)。

一、深淵微生物新穎性成因及其適應(yīng)策略。

該研究構(gòu)建了迄今最完整的深海原核微生物基因數(shù)據(jù)集，并鑒定出7564個(gè)物種水平的代表性基因組，其中89.4%為尚未被報(bào)道的新物種，其多樣性與全球已知海洋微生物總量相當(dāng)。

研究發(fā)現(xiàn)，深淵微生物通過“精簡型”和“多能型”兩種適應(yīng)策略，在深淵高壓、低溫、寡營養(yǎng)環(huán)境中異常繁盛，支撐了深淵生態(tài)系統(tǒng)的繁榮。（肖湘、趙維殳、張維佳、徐訊、韓默、劉姍姍等）

▲論文首頁截圖

二、深淵鉤蝦的適應(yīng)機(jī)制。

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。研究發(fā)現(xiàn)鉤蝦基因組達(dá)13.92 GB，是人類基因組（3.2 GB）的4倍多，刷新了端足目的基因組紀(jì)錄。

首次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)，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。（張海濱、徐訊、范廣益、劉姍姍等）

▲論文首頁截圖

三、深淵魚類突破高壓生存禁區(qū)的適應(yīng)性重塑和演化軌跡。

通過11種深海魚類的高質(zhì)量基因組的比較研究發(fā)現(xiàn)，深海魚類的演化奇跡從白堊紀(jì)開始，而深淵魚類的環(huán)境適應(yīng)機(jī)制也挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)理論。

發(fā)現(xiàn)TMAO（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，助力魚類對抗高壓。其代謝策略與微生物研究成果形成系統(tǒng)印證。（何舜平、王堃、張海濱等）

▲論文首頁截圖

該成果系統(tǒng)研究深淵生態(tài)系統(tǒng)食物鏈，從微生物到無脊椎動(dòng)物（鉤蝦）再到脊椎動(dòng)物（魚類），闡明了極端環(huán)境下生命協(xié)同演化的科學(xué)規(guī)律，將人類對海洋生態(tài)的認(rèn)知拓展至萬米深淵。同時(shí)，繁榮的深淵生態(tài)系統(tǒng)展示出深淵在新基因、新結(jié)構(gòu)和新功能方面的巨大資源潛能，為解決全球生物資源枯竭困境提供了新思路。

打造深海科研“中國模式”

本研究中，中國科學(xué)家成功實(shí)現(xiàn)對海洋最深生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)性研究，是人類歷史上系統(tǒng)探索深淵生命的里程碑式突破，其中自主可控的軟硬件體系功不可沒。項(xiàng)目的實(shí)施過程展現(xiàn)了創(chuàng)新平臺集中力量攻關(guān)重大科學(xué)問題的優(yōu)勢，為探索有組織的科研發(fā)展模式提供了深海科研領(lǐng)域的“中國模式”。

秉承著“寧冒風(fēng)險(xiǎn)、不當(dāng)逃兵”“只有崗位、沒有單位”“應(yīng)做盡做，精益求精”三句話的精神，這支平均年齡不足40歲的年輕團(tuán)隊(duì)，以“目標(biāo)導(dǎo)向、跨單位協(xié)同”的高效模式打破傳統(tǒng)科研組織邊界，也為人才培養(yǎng)提供了實(shí)踐方案。

文章鏈接：

[1] MEER: Extraordinary flourishing ecosystem in the deepest ocean

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01480-6

[2] Microbial ecosystems and ecological driving forces in the deepest ocean sediments

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01479-X

[3] The amphipod genome reveals population dynamics and adaptations to hadal environment

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00099-6

[4] Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(25)00031-5