這里是凡爾納筆下“鸚鵡螺號”未曾抵達的終極深淵——曾被視為“生命禁區”的馬里亞納海溝，高達1100個大氣壓的壓強可將玻璃碾成齏粉，永恒的黑暗足以吞噬整座珠穆朗瑪峰。
近日，《細胞》以封面專輯形式發表中國科學家團隊4篇重磅論文——1篇旗艦文章勾勒項目全貌，3篇研究論文分別聚焦深淵中的原核微生物、無脊椎動物（鉤蝦）和脊椎動物（魚類）。他們依托國產萬米載人潛水器“奮斗者”號，首次向世界呈現海底萬米深淵的系統生態圖景：7564個物種水平的代表性基因組構建起“黑暗綠洲”；基因組大小達人類4倍的深淵鉤蝦編織起能量樞紐；深海魚類用可追溯至白堊紀的演化智慧突破生存禁區……
這是人類首次系統性研究深淵生命。這項由上海交通大學、中國科學院深海科學與工程研究所、華大集團聯合完成的“溟淵計劃”（MEER）第一期成果，揭示了深淵生態系統的生命適應策略與資源潛能，拓展了人類對極端環境下生命過程的認知，推動科學研究不斷突破人類認知邊界。
深海科研：20年無突破性進展
“下潛萬米深淵，就像倒著爬一次比珠峰還要高的山！”2021年10月至12月，中國科學家團隊搭乘中國第一艘萬米級載人潛水器“奮斗者”號，在馬里亞納、雅浦海溝等6000~11000米海底深淵區域完成33次下潛，取得人類首次到達雅浦海溝最深點、首次系統研究深淵生態等多項全球突破。
萬米深淵壓強高達1100個大氣壓，相當于“20頭大象站在手掌心”。在水深超過6000米的深海里，生存面臨的最大難題就是承受這超強的壓力。
“我們前期做深海微生物研究時，主流方法是從海里撈樣品回實驗室培養。肖湘老師創新性地設計了一套模擬深海高壓環境的設備，這種思路從上世紀90年代延續至今。”論文共同通訊作者、上海交通大學副研究員趙維殳回憶道，“但遇到一個根本性難題——找不到明確的嗜壓基因。”
論文第一作者和通訊作者、上海交通大學教授肖湘團隊發現，深海微生物高壓適應與其他環境中的生物適應存在本質差異——通常生物可能通過關鍵基因突變就能適應一個環境條件，但微生物的適應找不到專性的嗜壓基因，涉及成百上千個基因。
日本同行做過一個實驗，把高壓微生物的所有基因敲除一遍，結果發現幾百個基因都與高壓適應相關。這完全顛覆了傳統生物學“一個基因對應一個功能”的認知。
自2004年《科學》發表首個深海細菌基因組研究后，該領域近20年未有突破性進展。國際學界甚至出現“深海不重要論”，認為淺海數據足以代表深海特征。
“當時我們陷入雙重困境：實驗技術無法突破，學界價值認同動搖。這促使肖湘老師產生了‘必須親眼看看海底’的執念。”趙維殳說。
在2020年之前，只有9人曾到達過海洋最深點馬里亞納海溝底部，能成功下潛萬米以上深度且重復使用的潛水器，全球寥寥無幾。
為了打造中國全海深載人深潛“國之重器”，“十三五”期間，中國科學院作為業主單位、研制任務核心單位，組織10余家院屬單位全面參與“奮斗者”號的研制，通過跨系統、跨單位、跨部門的大團隊合作，艱苦攻關，突破了一系列關鍵核心技術。
2020年底，成功完成工程海試的“奮斗者”號，憑借其獨特的采樣能力和超長海底作業時間，成為全球唯一具備深淵系統調查采樣能力的載人潛水器。
這一消息令肖湘感到振奮。他預感多年求索的深海微生物高壓適應的答案，就藏在海洋最深處的萬米深藍之下。
就這樣，他帶領全球深海高壓微生物領域極少數至今在研的科學團隊，登上了搭載“奮斗者”號前往馬里亞納海溝的“探索一號”科考船。
顛覆認知的“黑暗綠洲”
每一次下潛，科學家都要在直徑不到2米的鈦合金載人艙內，經歷12小時密閉作業。
“很難想象，在1100個大氣壓、完全無光和接近零度的環境中，竟然有這么欣欣向榮的生態系統。”論文共同通訊作者、華大生命科學研究院院長徐訊激動地說。2021年，他與肖湘團隊一同前往馬里亞納海溝深潛。
利用先進的“奮斗者”號，他們能在深淵現場選擇特征區域采樣，比如，根據沉積物顏色判斷氧化程度、通過巖石質地推測地質活動強度。這種“眼見為實”的采樣方式，使樣品數量和質量實現了質的飛躍。
樣本采集回來后，科學家開始分頭處理生物樣本。“為了保證樣本質量，我們下潛回來后第一時間就要對深海樣本進行處理，每次處理樣本至少需要連續工作三四個小時。”論文共同通訊作者、華大集團海洋領域科學家劉姍姍說。這要求研究人員能夠長時間精細操作，還要有一定的生物組織識別能力，既考驗技術，也考驗毅力。
“當樣本從深海轉移至海面常壓環境時，DNA會因環境劇變迅速降解。”青島華大基因研究院副研究員、論文共同第一作者宋躍坦言，“我們面臨的不僅是技術難題，也是一場與時間的賽跑——如何在樣本損毀前‘搶救’出完整的遺傳信息。”
為此，實驗團隊針對深海DNA特性反復優化提取方案，經過數十次嘗試，最終摸索出在常規實驗室環境下成功提取滿足測序要求的DNA的實驗條件，為后續高質量基因組解析奠定了基石。
通過對1648份沉積物、622個鉤蝦樣本及11種深海魚類的分析，科學家團隊獲取了7564個物種水平的代表性基因組數據，其中89.4%為未報道新發現物種。這些新物種的多樣性規模與全球已知海洋微生物總多樣性體量相當。
“原以為能有20%~30%的新物種就了不得了，結果發現將近90%都是未知物種！”趙維殳說，深淵微生物通過兩種適應策略，支撐起深淵生態系統的繁榮。一種是“斷舍離”——縮小基因組專注核心功能；另一種是“海納百川”——吸納外源基因增強環境適應力。
中國科學院深?？茖W與工程研究所科學家主要負責深淵鉤蝦和深淵獅子魚的研究。作為深淵生態系統的關鍵物種，深淵鉤蝦有著雙重角色：既是分解者——以海洋動物尸體等腐殖質為主要食物來源，又是能量傳遞者——是深淵獅子魚等頂級掠食者的主要獵物。
研究發現，在馬里亞納海溝等區域，鉤蝦呈現顯著的優勢種群特征，生物量居生態系統主導地位。研究還揭示了鉤蝦適應極端環境的策略——13.1GB超大基因組包含大量重復序列，特異性基因能調控網絡應對高壓、低溫、黑暗及食物匱乏環境，而代謝通路的優化則實現了能量的高效利用。
作為深淵魚類代表，獅子魚備受矚目。傳統理論認為，深海魚依賴氧化三甲胺抗壓，其機制類似腌菜防腐。但科學家研究發現，11種深淵魚類通過多不飽和脂肪酸積累，實現了細胞膜重塑，其演化軌跡可追溯至白堊紀。
中國方案：向全球開放共享
MEER不僅實現了技術突破，也實現了協作模式的創新。上海交通大學、中國科學院深?？茖W與工程研究所、華大集團三方協同實現了載人深潛取樣裝置、低成本高通量基因測序平臺、全海深環境模擬培養體系的全國產化，為深淵科學研究提供了自主可控的技術支撐。
這個平均年齡不足40歲的團隊踐行“只有崗位、沒有單位”的理念，打破了傳統科研邊界。正如肖湘所言，“深海研究需要全球科學家共同解答生命起源、環境適應等終極命題”。
當“奮斗者”號觸底，肖湘作為MEER的召集科學家，通過水聲通信系統向海面科考船傳輸了一段音頻。這段被永久存檔的宣言，標志著《馬里亞納共識》的誕生——“向全球開放共享深淵生命數據，協力攻堅深淵環境與生命的重大科學問題”。
“我們建立了全球最大的深淵生物大數據庫，包含微生物基因組、鉤蝦及魚類基因組數據集。深淵微生物的超高新穎性和多樣性，展示了深淵在新基因、新結構和新功能方面的巨大資源潛能。這些資源為打破全球生物資源枯竭困境提供了新選擇，也為生物技術、醫藥、能源等領域的創新應用開拓了廣闊前景。”肖湘說，這些寶貴的數據是人類不可復現的歷史記錄。他希望能夠把這些數據用好，為全球深?？萍及l展貢獻中國智慧。
《馬里亞納共識》為應對生物資源枯竭挑戰提供了新思路，推動了全球深海生命研究從競爭走向協作，為全球深?？萍及l展提供了中國方案。
劉姍姍坦言：“我們計劃對這些數據開展深度解析與系統性挖掘，重點圍繞生命起源這一基礎科學命題展開多維度探索，通過建立基于機器學習的功能預測模型，為后續科研提供更好的工具。未來，這些研究成果和技術突破將為生物經濟產業發展提供新的可能性。”
正如肖湘所言，“深淵教會我們，真正的科學突破從不屬于某個國家，而是人類共同跨越認知邊界的里程碑”。這場始于萬米海底的科研革命，正在將中國方案轉化為全球探索深海的新范式。
這里是凡爾納筆下“鸚鵡螺號”未曾抵達的終極深淵——曾被視為“生命禁區”的馬里亞納海溝，高達1100個大氣壓的壓強可將玻璃碾成齏粉，永恒的黑暗足以吞噬整座珠穆朗瑪峰。
近日，《細胞》以封面專輯形式發表中國科學家團隊4篇重磅論文——1篇旗艦文章勾勒項目全貌，3篇研究論文分別聚焦深淵中的原核微生物、無脊椎動物（鉤蝦）和脊椎動物（魚類）。他們依托國產萬米載人潛水器“奮斗者”號，首次向世界呈現海底萬米深淵的系統生態圖景：7564個物種水平的代表性基因組構建起“黑暗綠洲”；基因組大小達人類4倍的深淵鉤蝦編織起能量樞紐；深海魚類用可追溯至白堊紀的演化智慧突破生存禁區……
這是人類首次系統性研究深淵生命。這項由上海交通大學、中國科學院深海科學與工程研究所、華大集團聯合完成的“溟淵計劃”（MEER）第一期成果，揭示了深淵生態系統的生命適應策略與資源潛能，拓展了人類對極端環境下生命過程的認知，推動科學研究不斷突破人類認知邊界。
深?？蒲校?0年無突破性進展
“下潛萬米深淵，就像倒著爬一次比珠峰還要高的山！”2021年10月至12月，中國科學家團隊搭乘中國第一艘萬米級載人潛水器“奮斗者”號，在馬里亞納、雅浦海溝等6000~11000米海底深淵區域完成33次下潛，取得人類首次到達雅浦海溝最深點、首次系統研究深淵生態等多項全球突破。
萬米深淵壓強高達1100個大氣壓，相當于“20頭大象站在手掌心”。在水深超過6000米的深海里，生存面臨的最大難題就是承受這超強的壓力。
“我們前期做深海微生物研究時，主流方法是從海里撈樣品回實驗室培養。肖湘老師創新性地設計了一套模擬深海高壓環境的設備，這種思路從上世紀90年代延續至今。”論文共同通訊作者、上海交通大學副研究員趙維殳回憶道，“但遇到一個根本性難題——找不到明確的嗜壓基因。”
論文第一作者和通訊作者、上海交通大學教授肖湘團隊發現，深海微生物高壓適應與其他環境中的生物適應存在本質差異——通常生物可能通過關鍵基因突變就能適應一個環境條件，但微生物的適應找不到專性的嗜壓基因，涉及成百上千個基因。
日本同行做過一個實驗，把高壓微生物的所有基因敲除一遍，結果發現幾百個基因都與高壓適應相關。這完全顛覆了傳統生物學“一個基因對應一個功能”的認知。
自2004年《科學》發表首個深海細菌基因組研究后，該領域近20年未有突破性進展。國際學界甚至出現“深海不重要論”，認為淺海數據足以代表深海特征。
“當時我們陷入雙重困境：實驗技術無法突破，學界價值認同動搖。這促使肖湘老師產生了‘必須親眼看看海底’的執念。”趙維殳說。
在2020年之前，只有9人曾到達過海洋最深點馬里亞納海溝底部，能成功下潛萬米以上深度且重復使用的潛水器，全球寥寥無幾。
為了打造中國全海深載人深潛“國之重器”，“十三五”期間，中國科學院作為業主單位、研制任務核心單位，組織10余家院屬單位全面參與“奮斗者”號的研制，通過跨系統、跨單位、跨部門的大團隊合作，艱苦攻關，突破了一系列關鍵核心技術。
2020年底，成功完成工程海試的“奮斗者”號，憑借其獨特的采樣能力和超長海底作業時間，成為全球唯一具備深淵系統調查采樣能力的載人潛水器。
這一消息令肖湘感到振奮。他預感多年求索的深海微生物高壓適應的答案，就藏在海洋最深處的萬米深藍之下。
就這樣，他帶領全球深海高壓微生物領域極少數至今在研的科學團隊，登上了搭載“奮斗者”號前往馬里亞納海溝的“探索一號”科考船。
顛覆認知的“黑暗綠洲”
每一次下潛，科學家都要在直徑不到2米的鈦合金載人艙內，經歷12小時密閉作業。
“很難想象，在1100個大氣壓、完全無光和接近零度的環境中，竟然有這么欣欣向榮的生態系統。”論文共同通訊作者、華大生命科學研究院院長徐訊激動地說。2021年，他與肖湘團隊一同前往馬里亞納海溝深潛。
利用先進的“奮斗者”號，他們能在深淵現場選擇特征區域采樣，比如，根據沉積物顏色判斷氧化程度、通過巖石質地推測地質活動強度。這種“眼見為實”的采樣方式，使樣品數量和質量實現了質的飛躍。
樣本采集回來后，科學家開始分頭處理生物樣本。“為了保證樣本質量，我們下潛回來后第一時間就要對深海樣本進行處理，每次處理樣本至少需要連續工作三四個小時。”論文共同通訊作者、華大集團海洋領域科學家劉姍姍說。這要求研究人員能夠長時間精細操作，還要有一定的生物組織識別能力，既考驗技術，也考驗毅力。
“當樣本從深海轉移至海面常壓環境時，DNA會因環境劇變迅速降解。”青島華大基因研究院副研究員、論文共同第一作者宋躍坦言，“我們面臨的不僅是技術難題，也是一場與時間的賽跑——如何在樣本損毀前‘搶救’出完整的遺傳信息。”
為此，實驗團隊針對深海DNA特性反復優化提取方案，經過數十次嘗試，最終摸索出在常規實驗室環境下成功提取滿足測序要求的DNA的實驗條件，為后續高質量基因組解析奠定了基石。
通過對1648份沉積物、622個鉤蝦樣本及11種深海魚類的分析，科學家團隊獲取了7564個物種水平的代表性基因組數據，其中89.4%為未報道新發現物種。這些新物種的多樣性規模與全球已知海洋微生物總多樣性體量相當。
“原以為能有20%~30%的新物種就了不得了，結果發現將近90%都是未知物種！”趙維殳說，深淵微生物通過兩種適應策略，支撐起深淵生態系統的繁榮。一種是“斷舍離”——縮小基因組專注核心功能；另一種是“海納百川”——吸納外源基因增強環境適應力。
中國科學院深?？茖W與工程研究所科學家主要負責深淵鉤蝦和深淵獅子魚的研究。作為深淵生態系統的關鍵物種，深淵鉤蝦有著雙重角色：既是分解者——以海洋動物尸體等腐殖質為主要食物來源，又是能量傳遞者——是深淵獅子魚等頂級掠食者的主要獵物。
研究發現，在馬里亞納海溝等區域，鉤蝦呈現顯著的優勢種群特征，生物量居生態系統主導地位。研究還揭示了鉤蝦適應極端環境的策略——13.1GB超大基因組包含大量重復序列，特異性基因能調控網絡應對高壓、低溫、黑暗及食物匱乏環境，而代謝通路的優化則實現了能量的高效利用。
作為深淵魚類代表，獅子魚備受矚目。傳統理論認為，深海魚依賴氧化三甲胺抗壓，其機制類似腌菜防腐。但科學家研究發現，11種深淵魚類通過多不飽和脂肪酸積累，實現了細胞膜重塑，其演化軌跡可追溯至白堊紀。
中國方案：向全球開放共享
MEER不僅實現了技術突破，也實現了協作模式的創新。上海交通大學、中國科學院深?？茖W與工程研究所、華大集團三方協同實現了載人深潛取樣裝置、低成本高通量基因測序平臺、全海深環境模擬培養體系的全國產化，為深淵科學研究提供了自主可控的技術支撐。
這個平均年齡不足40歲的團隊踐行“只有崗位、沒有單位”的理念，打破了傳統科研邊界。正如肖湘所言，“深海研究需要全球科學家共同解答生命起源、環境適應等終極命題”。
當“奮斗者”號觸底，肖湘作為MEER的召集科學家，通過水聲通信系統向海面科考船傳輸了一段音頻。這段被永久存檔的宣言，標志著《馬里亞納共識》的誕生——“向全球開放共享深淵生命數據，協力攻堅深淵環境與生命的重大科學問題”。
“我們建立了全球最大的深淵生物大數據庫，包含微生物基因組、鉤蝦及魚類基因組數據集。深淵微生物的超高新穎性和多樣性，展示了深淵在新基因、新結構和新功能方面的巨大資源潛能。這些資源為打破全球生物資源枯竭困境提供了新選擇，也為生物技術、醫藥、能源等領域的創新應用開拓了廣闊前景。”肖湘說，這些寶貴的數據是人類不可復現的歷史記錄。他希望能夠把這些數據用好，為全球深?？萍及l展貢獻中國智慧。
《馬里亞納共識》為應對生物資源枯竭挑戰提供了新思路，推動了全球深海生命研究從競爭走向協作，為全球深?？萍及l展提供了中國方案。
劉姍姍坦言：“我們計劃對這些數據開展深度解析與系統性挖掘，重點圍繞生命起源這一基礎科學命題展開多維度探索，通過建立基于機器學習的功能預測模型，為后續科研提供更好的工具。未來，這些研究成果和技術突破將為生物經濟產業發展提供新的可能性。”
正如肖湘所言，“深淵教會我們，真正的科學突破從不屬于某個國家，而是人類共同跨越認知邊界的里程碑”。這場始于萬米海底的科研革命，正在將中國方案轉化為全球探索深海的新范式。
本文鏈接：中國科學家在萬米海底看到了什么？《細胞》重磅4連發http://www.sq15.cn/show-2-11281-0.html
聲明：本網站為非營利性網站，本網頁內容由互聯網博主自發貢獻，不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任。天上不會到餡餅，請大家謹防詐騙！若有侵權等問題請及時與本網聯系，我們將在第一時間刪除處理。
下一篇： 科學家揭秘鎖陽種子傳播途徑