深海獅子魚照片。西北工業(yè)大學(xué)供圖
深海獅子魚骨骼結(jié)構(gòu)圖。西北工業(yè)大學(xué)供圖
或許你并不了解：從廣闊無(wú)邊的海平面向下、向下、再向下……那片深度達(dá)6000米以下的深海水域，有著一個(gè)令人心悸的名稱——“海斗深淵”。這里終年無(wú)光、溫度低寒、缺乏氧氣、食物資源匱乏，有著巨大的海水壓力，化學(xué)環(huán)境也非常獨(dú)特，對(duì)于常規(guī)生命來(lái)說(shuō)，這里是地獄一般的禁區(qū)。
然而，大自然的神奇依然在這里顯現(xiàn)出它的無(wú)處不在——事實(shí)上，在這樣的“地獄禁區(qū)”，研究人員仍然發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種物種，獅子魚就是其中最有代表性的一種。在這片特殊的深海水域，它有著“高高在上”的地位，處于超深淵食物鏈的頂端，可承受700千克力/平方厘米的壓力。
4月15日，一項(xiàng)具有代表性意義的研究成果面世，就與這一神奇物種相關(guān)——西北工業(yè)大學(xué)與中國(guó)科學(xué)院攜手，對(duì)生活在馬里亞納海溝7000米以下的獅子魚開展了多方面的研究，研究成果令人振奮。
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)：在不到2000萬(wàn)年的時(shí)間里，為適應(yīng)超深淵環(huán)境，獅子魚產(chǎn)生了奇妙的形態(tài)變化。它們?cè)谄つw、骨骼和細(xì)胞等方面經(jīng)歷了脫胎換骨的演變，以承受深海環(huán)境的巨大壓力和其他挑戰(zhàn)。在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，研究人員還揭示出適應(yīng)超深淵的遺傳基礎(chǔ)，并由之解析了脊椎動(dòng)物適應(yīng)深海極端環(huán)境的機(jī)制。
“這些成果的取得，標(biāo)志著我國(guó)深海工程與科學(xué)研究取得重要進(jìn)展。”據(jù)課題組成員介紹，這一研究中涉及的超深淵獅子魚樣本，是在2016年年底和2017年年初，由我國(guó)科學(xué)考察船“探索一號(hào)”通過(guò)“天涯”和“海角”號(hào)深淵著陸器，從馬里亞納海溝約7000米深的多個(gè)地點(diǎn)捕捉到的。
這一研究成果，被最新在線發(fā)表于英國(guó)自然雜志子刊《Nature Ecology & Evolution》（《自然-生態(tài)與演化》），題為“Morphology and genome of a snailfish from the Mariana Trench provide insights into deep-sea adaptation”（《馬里亞納海溝獅子魚的形態(tài)與基因組解析及其深海適應(yīng)機(jī)制》）。西工大生態(tài)與環(huán)境保護(hù)研究中心青年教師王堃為第一作者，中國(guó)科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所和水生生物所何舜平研究員與西工大生態(tài)與環(huán)境保護(hù)研究中心邱強(qiáng)、王文教授為論文共同通訊作者。
“在海洋底部，陽(yáng)光無(wú)法進(jìn)入，這里的能量來(lái)源通常只有兩種。”王堃告訴記者：一種，是地殼運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的能量，它們會(huì)形成熱液冷泉區(qū)；另一種，則是海洋上層的生物死亡以后飄落的遺體，凄美壯麗的“鯨落”即屬此類。
通過(guò)對(duì)一尾超深淵獅子魚的解剖，研究人員發(fā)現(xiàn)：其胃部有近100個(gè)完整的甲殼類生物?！斑@可能意味著，它們需要像駱駝一樣長(zhǎng)久地儲(chǔ)存食物，從而更好地應(yīng)對(duì)食物匱乏的外界環(huán)境?！辈粌H如此，超深淵獅子魚的生育周期也大大延長(zhǎng)，以使其更好地在惡劣的環(huán)境下生存繁衍。
在環(huán)境的作用下，物種的演變常常令人驚嘆：由于長(zhǎng)期生存于黑暗的海底，超深淵獅子魚的皮膚色素和視覺相關(guān)基因發(fā)生了大量丟失，這使得它看起來(lái)通體透明，而且視覺缺失，對(duì)可見光不再有反應(yīng)。
“高壓環(huán)境對(duì)普通的骨骼也是致命的?！蓖鯃艺f(shuō)，超深淵獅子魚中一個(gè)與骨骼鈣化相關(guān)的基因——骨鈣蛋白被截短了，而骨鈣蛋白調(diào)控骨骼鈣化和發(fā)育，“這可能使得它的骨骼變得非常薄，而且具有彎曲能力，頭骨變的不再完整。”
研究人員還發(fā)現(xiàn)，不飽和脂肪酸合成的相關(guān)基因在深海魚中出現(xiàn)了擴(kuò)張，這使得在高壓和低溫下，此類生物能夠保證它們的細(xì)胞膜流動(dòng)性。
此外，與蛋白質(zhì)穩(wěn)定性相關(guān)的基因也發(fā)生了特異性改變，以防止蛋白質(zhì)在高壓下出現(xiàn)錯(cuò)誤的折疊?！斑@些從內(nèi)到外的改變，共同保證了超深淵獅子魚能夠以肉體之軀，承受海洋底部的極端壓力”。
海洋是地球生命的起源地，更蘊(yùn)藏著無(wú)窮的生物演化可能性。在王堃看來(lái)：深海獅子魚基因組的解析，有助于闡明物種對(duì)于深海極端環(huán)境所做出的演化適應(yīng)，為進(jìn)一步的深海探索提供了線索。
“目前，科研團(tuán)隊(duì)在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，通過(guò)獲取其他深海生物樣本，正在對(duì)深海生態(tài)圈的生物演化過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步探索?！蓖鯃彝嘎叮哼€將與學(xué)校其他單位進(jìn)行合作與交叉，從仿生學(xué)角度開發(fā)耐高壓和生物自發(fā)光材料。
（趙媛媛 孫海華）
