破譯溟淵深處的生命密碼

　　中國科學家在馬里亞納海溝、雅浦海溝6000-11000米水深區域進行系統采集
　　
　　深入分析1648份沉積物 622個鉤蝦樣本 11種深海魚類
　　
　　研究鑒定出7564種深淵原核微生物
　　
　　其中89.4%為未報道的新物種
　　
　　3月7日，由上海交通大學、中國科學院深海科學與工程研究所、華大集團聯合發起并執行的“溟淵計劃”（馬里亞納海溝環境與生態研究計劃，英文簡稱“MEER計劃”）在海南三亞發布第一階段成果。
　　
　　研究團隊通過系統性科考，首次闡明深淵生態系統的生命適應策略和資源潛能，為極端環境生命及其資源潛能研究建立了關鍵科學基準。
　　
　　2021年，該團隊跟隨我國自主研發的萬米載人潛水器“奮斗者”號，首次深潛馬里亞納海溝進行科考。3年多來，團隊在溟淵深處破譯生命密碼，一系列成果實現了多項全球突破：人類首次到達雅浦海溝最深點、首次對深淵生態系統進行系統研究、首次建立全球深淵生物大數據庫并開放共享。這些成果的取得，標志著我國深海生命科學研究已邁入國際前沿。
　　
　　日前，中國教育報記者采訪了該團隊師生，與他們共同探尋萬米深淵中蘊藏的生命演化和生命健康的奧秘。
　　
　　從未知到繁榮——
　　
　　探尋“人類禁區”的生命蹤跡
　　
　　10909米！這是中國科學家測得的馬里亞納海溝最深處，也是地球上最少被探索的極端環境之一。這里的壓力高達1100個大氣壓，常年冰冷、黑暗，被視為高等生命的“禁區”。
　　
　　上世紀以來，不少科學家投身于深淵研究，但受限于苛刻條件，人類對深淵生物的了解如同盲人摸象，以實驗室培養為基礎的生命高壓適應研究也“已經努力到無能為力”。
　　
　　2020年，這一困境迎來了轉機。年底，中國第一艘萬米級載人潛水器“奮斗者”號憑借其獨特的采樣能力和超長的海底作業時間，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，讓上海交通大學教授肖湘異常振奮。他帶領的團隊，是全球深海高壓微生物領域極少數堅守至今的科研團隊之一。
　　
　　肖湘強烈預感到，多年求索的深海微生物如何適應高壓的未解之謎，就藏在這萬米深藍之下。
　　
　　2021年10月，他作為召集科學家，聯合上海交通大學、中國科學院深海科學與工程研究所、華大集團等多家科研單位，共同發起了馬里亞納海溝環境與生態研究計劃。
　　
　　“起航前，我們甚至想不到會有這樣一個項目。”肖湘回憶。但大家懷揣著同一個信念：一定要揭開深淵生命的神秘面紗。于是，團隊在甲板上臨時給項目起名為“MEER計劃”。
　　
　　在深淵的極端環境里，每下潛一米都是對設備性能的巨大考驗，每停留一秒都是用生命極限上演生死競速。
　　
　　“誰都不知道潛水器下到萬米深淵時，會遇到什么樣的狀況。我們那個航次幾乎每一次下潛回來，都有部件需要更換。”項目成員之一、上海交通大學生命科學與技術學院、深部生命國際研究中心副研究員趙維殳介紹，當潛水器到達萬米深淵時，能夠清晰看到采樣機械手上有油滴滲出，說明深淵環境對采樣裝置的極限挑戰。
　　
　　“我們經歷了至少5個臺風，是當時海區唯一的作業船只。”肖湘回憶道，大家顧不得風險，爭分奪秒地想要多進行幾次深潛。
　　
　　50多天的科考中，團隊攻克了深淵極端高壓環境下的采樣與實驗技術難題，對馬里亞納海溝、雅浦海溝等6000至11000米水深區域進行了系統采集，共獲得水體、沉積物、宏生物等樣本2000余份，并建立了“深海采樣—基因測序—數據分析—實驗室驗證”的全鏈條科研模式。
　　
　　不久前，“溟淵計劃”團隊公布了全球首張海洋最深生態系統圖景。通過深入分析1648份沉積物、622個鉤蝦樣本及11種深海魚類，團隊研究鑒定出了7564種深淵原核微生物，其中89.4%為未報道的新物種，其多樣性指數與全球已知海洋微生物總量相當。
　　
　　原來，深淵中并非一片寂靜的生命荒漠。
　　
　　從競爭到協作——
　　
　　開放全球唯一深淵生物大數據庫
　　
　　“我們就像闖入了一個陌生的生態圈。”透過“奮斗者”號觀察窗看到的景象，徹底顛覆了趙維殳的認知：許許多多發著紅色、黃色光芒的浮游生物，如星辰般從舷窗邊掠過。
　　
　　上世紀70年代，美國科學家首次成功分離出一株來源于深海的嗜壓微生物。此后大約幾十年間，全球僅分離出300株嗜壓菌，其中來自深淵極端環境的更是寥寥無幾。直到不久前，“溟淵計劃”建立了全球唯一的深淵生物大數據庫，并向全球開放共享，這才揭開了深淵生態系統的神秘面紗。
　　
　　通過對采集樣本的深入分析，團隊不僅研究鑒定出7564種深淵原核微生物，還發現深淵微生物通過采用“精簡型”和“多能型”兩種適應策略，在深淵的高壓、低溫、寡營養環境中異常繁盛，從而支撐了深淵生態系統的繁榮。此外，團隊還首次系統研究了深淵生態系統的食物鏈，從微生物到無脊椎動物（鉤蝦）再到脊椎動物（魚類），闡明了極端環境下生命協同演化的科學規律。
　　
　　“這些成果將拓展人類對海洋生態的認知。”肖湘自豪地介紹，研究團隊建立的全球唯一深淵生物大數據庫，包含微生物基因組、鉤蝦及魚類基因組數據集。“深淵微生物的宏基因組數據規模與過去全球海洋微生物研究的總量相當。”
　　
　　深淵微生物的極高新穎性和多樣性，展現了深淵在新基因、新結構和新功能方面的巨大資源潛力。這些資源為解決全球生物資源枯竭問題提供了新的選擇，同時也為生物技術、醫藥、能源等領域的創新應用開辟了廣闊前景。
　　
　　肖湘告訴記者：“這些寶貴的數據是人類不可復現的歷史記錄，它們代表著2021年10至12月間地球深淵生命的真實情況，應該保留下來并與全人類共享。我們也希望能夠把這些數據用好，為全球深海科技發展貢獻中國智慧。”
　　
　　為此，2021年下潛至馬里亞納海溝最深點完成采樣任務后，肖湘在深淵底部通過水聲通訊對外發布了《馬里亞納共識》倡議，承諾向全球開放共享深淵生命數據，呼吁國際科研力量攜手共同攻克深淵環境與生命科學難題。該倡議為應對生物資源枯竭的挑戰提供了新思路，促進了全球深海生命研究從競爭走向協作。
　　
　　以顛覆謀超越——
　　
　　構建中國原創的理論體系
　　
　　今年春季新學期伊始，上海交通大學的“從深淵到太空：探索極端生命”課上，趙維殳被一群學生圍在中間，熱烈討論著極端環境下的生命形式。
　　
　　從馬里亞納海溝到珠峰登山大本營，從南海冷泉到青藏高原的熱泉……這是師生們的課程內容，也是“溟淵計劃”團隊真實的科考見聞。該課程的內容均來自團隊的一線科研實踐。
　　
　　3年多來，這支平均年齡不到40歲的科研團隊不僅探尋極端環境下的生命奧秘，還把無數“默默無聞”的科研成果帶進課堂，讓研究“后有來者”。
　　
　　“常有人詬病中國科學家的研究往往缺乏原創的理論體系。我們想打破這一認知。”趙維殳堅定地說。
　　
　　采訪中記者發現，36歲的年輕科學家趙維殳身上有一股執著勁。也正是這種“死磕”精神，讓團隊在“無人區”越走越遠。如今，團隊的研究已被業內一些專家認為是“顛覆了經典環境適應的研究方式”。
　　
　　生物如何“扛住”超高水壓等深淵極端環境，一直是科學界的難題。對此，團隊提出了一種“共適應”理論，即不同生命類型在同一種極端環境下會采取相似的應對策略。無論是微生物、無脊椎動物還是脊椎動物，比如鉤蝦和魚，它們適應高壓的策略是一致的，抗氧化的策略也是一致的，都擁有相似功能的細胞保護劑。
　　
　　肖湘介紹，“共適應”理論過去已在實驗室中得到驗證，但此次是在自然界中首次觀察到并證實了這一機制的普遍存在。目前，相關合作正在上海交通大學附屬瑞金醫院等醫療場景中嘗試，將有望更深入地理解人類與微生物的關系，從而解決一些與人類相關的難題，最終造福人類。
　　
　　（通訊員江倩倩、馮碩對本文亦有貢獻）