2025年3月6日，由中國(guó)科學(xué)院全球深淵研究團(tuán)隊(duì)何舜平研究員主導(dǎo)，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所、中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所、西北工業(yè)大學(xué)等單位科研人員完成的深海魚類研究重大研究成果，以題為“Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea”發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Cell》上。該研究是在中國(guó)科學(xué)院部署實(shí)施的全球深淵深潛探索計(jì)劃（Global TREnD）支持下，基于我國(guó)自主深潛技術(shù)獲取的深海及深淵魚類樣本庫(kù)，首次實(shí)現(xiàn)從基因到生態(tài)系統(tǒng)層面的多維度突破。

國(guó)之重器：助力深淵科考

該研究使用“探索一號(hào)”和“探索二號(hào)”科考船，以及我國(guó)自主研制的4500米級(jí)載人潛水器“深海勇士”號(hào)、全海深載人潛水器“奮斗者”號(hào)以及全海深著陸器“原位實(shí)驗(yàn)”號(hào)、“天涯”號(hào)等裝備，通過(guò)對(duì)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（1218-7730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（>6,000米）樣本。

11種深海魚類的采樣信息和形態(tài)特征

科研積淀：深海魚類研究新突破

自2017年，何舜平研究員率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展深海魚類研究。2019年該團(tuán)隊(duì)公布首個(gè)已知棲息深度最深的魚類類群：馬里亞納海溝超深淵獅子魚（Pseudoliparis?swirei）的基因組，并解析了其獨(dú)特的深海適應(yīng)機(jī)制，相關(guān)成果一經(jīng)發(fā)表引起各大媒體的廣泛報(bào)道（2019，Nature ecology & evolution）。2019年至2024年該團(tuán)隊(duì)相繼對(duì)深淵獅子魚的嗅覺(jué)和視覺(jué)系統(tǒng)的適應(yīng)性進(jìn)行了深入分析，并首次對(duì)其肝臟組織脂質(zhì)組和蛋白質(zhì)組進(jìn)行了解析，全面系統(tǒng)的闡述了馬里亞納海溝深淵獅子魚的適應(yīng)性演化機(jī)制（2019，GENES ；2023，eLife；2024, Water Biology and Security）。并先后對(duì)深海劍魚 (Xiphias gladius) 和平鰭旗魚 (Istiophorus platypterus)的恒溫演化機(jī)制、深海月魚（Lampris meggalopsis）和深海鰻鱺魚（Ilyophis brunneus）深海適應(yīng)的分子機(jī)制進(jìn)行了深入的研究（2021，Molecular Biology and Evolution；2022，Zoological Research；2022，SCIENCE CHINA Life Sciences）。

深海以高壓、低溫和黑暗為特征，是地球上最極端的環(huán)境之一，卻孕育了獨(dú)特的生物群落。我國(guó)深潛裝備技術(shù)的發(fā)展加快了深海特殊生境生物樣品的采集，為深海生命科學(xué)研究提供了寶貴材料；多組學(xué)分析為解析深海生物成因與適應(yīng)性演化提供了研究手段。基于前期積累的研究基礎(chǔ)該團(tuán)隊(duì)再次取得系統(tǒng)性解析深淵魚類的成因和適應(yīng)性演化的新突破。

主要研究成果

圖文摘要

研究對(duì)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(guó)南海海域捕獲的11種深海魚類的基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，構(gòu)建了深海魚類的"生命進(jìn)化樹"，揭示了脊椎動(dòng)物征服深淵的史詩(shī)歷程。結(jié)果表明，大多數(shù)現(xiàn)存的深海魚類約在6500萬(wàn)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1億年前就已經(jīng)開(kāi)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，同時(shí)，對(duì)深海黑暗環(huán)境也表現(xiàn)出不同層次的適應(yīng)性變化。

研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步探討了脊椎動(dòng)物應(yīng)對(duì)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（TMAO）被認(rèn)為是脊椎動(dòng)物適應(yīng)深海高壓環(huán)境的“抗壓神器”，隨深度增加，魚體內(nèi)TMAO含量呈線性增加。團(tuán)隊(duì)通過(guò)測(cè)定不同深度魚類肌肉組織中的TMAO含量，發(fā)現(xiàn)生存深度0-6000米的魚類，TMAO含量隨著深度增加而升高，但在6000米以下的深海魚類則未出現(xiàn)這一趨勢(shì)。這表明，TMAO并不能單獨(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。

更為突破性的發(fā)現(xiàn)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（Q550L），進(jìn)一步地體外實(shí)驗(yàn)表明該變突顯著影響了轉(zhuǎn)錄效率，揭示了轉(zhuǎn)錄調(diào)控在深海高壓適應(yīng)中的潛在作用。這一發(fā)現(xiàn)為揭示深海生物壓力適應(yīng)的分子機(jī)制開(kāi)辟了新的研究方向。

此外，團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，來(lái)自馬里亞納海溝和菲律賓海溝的超深淵獅子魚，其肝臟組織中富集了極高水平的多氯聯(lián)苯（PCBs），這是一種常見(jiàn)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(dòng)已經(jīng)對(duì)地球最深處的生物產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。

研究人員還對(duì)幾種典型的深海魚類的特異性的適應(yīng)機(jī)制進(jìn)行了深入的探討，結(jié)果表明不同類群深海魚類“各顯身手“，對(duì)深海極端環(huán)境均展現(xiàn)出獨(dú)特的適應(yīng)機(jī)制。此外，該研究還對(duì)魚類肌肉組織多種代謝物（脂肪酸、氨基酸及重金屬污染物）和蛋白質(zhì)組進(jìn)行了全面的檢測(cè)。另一方面，對(duì)不同超深淵海溝深淵獅子魚群體遺傳分析結(jié)果表明：深海洋流可能是深淵魚類跨海溝基因交流的推動(dòng)力。

隨著人類探索深海的腳步加速進(jìn)行，深海這片未知之地逐漸揭開(kāi)神秘的面紗，該研究推進(jìn)了我們對(duì)脊椎動(dòng)物如何克服海洋最深區(qū)域環(huán)境挑戰(zhàn)的理解，突出繼續(xù)探索和保護(hù)這些獨(dú)特深海生態(tài)系統(tǒng)的必要性。

該研究由中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際伙伴計(jì)劃、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、海南省重大科技計(jì)劃以及 “全球深淵深潛探索計(jì)劃（Global TREnD）”支持。

中國(guó)科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所徐涵博士后為本研究的第一作者，中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所方成池副研究員與王成博士后、西北工業(yè)大學(xué)許文杰博士以及青島華大基因研究院宋躍為本研究共同第一作者；何舜平研究員、王堃教授和張海濱研究員為本研究共同通訊作者。

論文鏈接： https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.002