搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第111期，對話南京大學天文與空間科學學院教授王堃。

嘉賓簡介：

王堃，西北工業大學生態環境學院教授。長期以進化理論和大數據分析為手段，結合古生物學和分子生物學前沿技術，圍繞宏進化尺度上適應與演化的遺傳機制展開研究，解析了脊椎動物登陸、器官演化，以及生物對特殊環境適應的遺傳基礎。

• 魚類是分多次進入深海的，一小部分早在1億年前便開始適應深海環境，而大多數魚類則是在6500萬年前白堊紀-古近紀大滅絕事件發生后才進入深海環境。

• 氧化三甲胺（TMAO）曾被認為是深海生物的“抗壓神器”，但最新研究發現深海適應并不完全依賴TMAO。

• 近年來我國深海探測取得了長足的進展，某些領域屬于國際前列。

• 人類和深海魚同屬脊椎動物，希望未來能夠在魚類的深海高壓適應中發掘能夠為人類所用的分子機制。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

編輯｜楊 錦

海平面6000米以下的深淵區域，曾一度被認為是“生命禁區”，我們對魚類在這種黑暗、高壓、寒冷又缺少食物的極端環境下的生存機制，了解的何其有限。

近日，中國科學院深海科學與工程研究所何舜平研究員團隊、張海濱研究員團隊，聯合西北工業大學生態環境學院王堃教授團隊，在深海生物學領域的最新原創研究成果于Cell期刊上發表，逐漸揭開了脊椎動物征服深淵的神秘面紗。

對此，搜狐科技對話了王堃教授，聽他解開深海魚類如何在這種極端環境下生存的密碼，共同走進這些深海魚類的“進化之旅”……

“搞清楚了”魚類進入深海的時間和機制

“曾經大家認為深海6000米以下的區域（超深淵區域hadal zone）是‘生命禁區’，但上個世紀以來，大家慢慢認識到這個地方是有生命的，這并不是我們文章首次提出的，上世紀五、六十年代就有人開始進行深潛研究，本世紀初卡梅隆團隊也進行了深潛研究。”王堃解釋道。

這次研究團隊主要探索兩個問題：一是深海魚類進入深淵的歷史過程，二是進入的機制。

11種深海魚類的采樣信息和形態特征 圖片來自文章

論文研究的對象主要是脊椎動物中的魚類，相比于適應能力強的微生物，超深淵環境對于脊椎動物的挑戰更大。

“我們發現魚類是分多次進入深海的，一小部分早在1億年前便開始適應深海環境，而大多數魚類則是在6500萬年前白堊紀-古近紀大滅絕事件發生后才進入深海領域的，至于深海獅子魚則是在1000萬年以內進入深海的。”王堃如是說。

回到機制本身，深海最大的挑戰無疑是“壓力”問題。在過去研究的中，氧化三甲胺（TMAO）被廣泛認為是深海生物的“抗壓神器”，然而研究團隊通過系統測定發現，TMAO含量并非簡單地隨著深度增加而升高。

“雖然2014年有報道稱，TMAO含量隨著深度增加而呈現出線性增加的趨勢，但我們發現有一些魚類盡管在很深的環境下生存，TMAO的含量也沒有很高，所以深海適應可能還存在其他的適應機制。”王堃解釋道。

有關“魚類是什么時候進入深海”，長期以來存在多種學術假說。一種觀點認為深海環境在特定地質時期并沒有魚類分布；也有觀點則主張曾有魚類進入深海但后期完全滅絕。而這些假說之間的核心爭議就在于深海魚類是否能夠在地球歷史上的重大滅絕事件中存活。

考慮到這些滅絕事件導致了大量海洋生物的消亡，這項研究的發現為這一學術爭論提供了關鍵證據：的確有魚類種群成功渡過了地質歷史上的大規模滅絕事件，并在深海環境中延續至今。

此外，該團隊此前以深淵區域的代表性物種——超深淵獅子魚為研究模型，深入探索了該物種在極端環境中的適應性遺傳機制，在2019、2023年也發布了相關研究文章。

對此，王堃表示：“我們2019年的樣本是2017年采集的，那時還依靠無人探測器采樣，我們遠程控制一個無人深潛器，里面有餌料來引誘魚進入，隨后打撈上來，而2023年，我們獲得了更多深淵獅子魚的群體樣本。”

“今年發表的工作，關鍵在于我們國家深潛技術的進步，讓我們可以通過載人深潛的方式進入，然后再通過機械手進行采樣，可以捕撈到一些以前沒有抓到的魚類，包括這次期刊的封面，也是通過載人深潛在海底舷窗拍攝的深海水母。”王堃分享到。

Cell期刊封面

所以從最開始的一個物種到物種群體，再到豐富的物種類型，讓王堃和團隊可以進行跨物種的比較，他們也尋找到了一個趨同性，那就是有關DNA轉錄蛋白的突變。

“蛋白質由氨基酸構成，細胞需要從DNA到RNA，再到蛋白質，在DNA信息轉錄的過程中，有一個很關鍵的蛋白，蛋白中又有一個氨基酸位點，我們發現在3000米以下的類群中都發生了趨同突變，這種突變至少獨立出現了9次，這是比較罕見的。”王堃解釋道。

不僅如此，他們還獲得了馬里亞納海溝、菲律賓海溝等不同海溝的深海獅子魚樣本，他們發現這一類群可能是從馬里亞納海溝逐步遷徙到其它海溝的。

海精靈教會我們——生命的可能性”

讓人意想不到的是，研究團隊還在馬里亞納海溝超深淵獅子魚體內檢測出了高濃度多氯聯苯（PCBs），這一發現不禁讓我們發問：人類活動對深淵生態系統的威脅是不是已經超出了預期？

對此，王堃感嘆道：“可以這樣說，PCBs這類物質主要是加在有機材料里讓它們更穩定的添加劑。由于化學結構特別穩定，它們在環境中不容易被分解。海洋中本來是沒有PCBs的，這些物質是最近幾十年才被排放到環境中的。”

“我們在這些遠離人類的深海生物中也發現了它們的存在，這說明人類活動的影響確實已經遍布全球。這提醒我們保護生態環境、推進可持續發展還有很長的路要走。”

談及研究的難點，當屬前期的樣品采樣。“前期樣品采集的過程中，何老師還有很多科研工作者需要乘坐深潛器進入海里，而且何老師比我年長一輩，但他還是在努力探索未知，我很佩服。”王堃如是說。

載人深潛器機械臂采集魚類 圖片來自王堃

王堃長期致力于以大數據和交叉學科的手段解析生命奧秘，談及這一研究方向的初衷時，王堃表示：“我的研究聚焦于宏觀演化領域，旨在揭示從魚類到人類的生命演化歷程。這一過程本身對我而言極具吸引力——比如我目前正在研究的脊椎動物如何從水生環境適應陸地生活、從淺海遷移至深海等演化路徑，以及骨骼結構和呼吸器官的進化起源等關鍵問題。”

王堃團隊成員曾分享過這樣一句話：“這些深海精靈教會我們——生命的可能性，永遠比想象中更遼闊。”而王堃也向搜狐科技描繪了很多震撼的瞬間。

“我直接接觸這些生物比較少，主要是從數據上進行分析，但我聽大家的分享是很有趣的，比如像深海獅子魚，開始觀察到了深海的鯨落，然后會有蝦游過去，魚群緊隨其后，等抓到蝦的時候就會吃這個蝦，過幾天蝦也游走了，魚也就散了。”王堃的描述宛如《深海探秘》紀錄片一樣。

深海環境本質上是一個資源匱乏的生態系統，其能量輸入極為有限。由于深海區域缺乏陽光穿透，當地生物群落的能源供給主要依賴上層海洋環境中有機物質的沉降，包括淺層水域生物的遺骸及其他有機碎屑，鯨落就是典型的例子。

而深海獅子魚是機會性捕食者，可能再進食后很長時間，才會遇到新的食物，而這也就意味著它有長期耐餓的需求。

“就像沙漠里的駱駝一樣，需要儲存大量營養，這種魚的肝臟很大，而且生出來的卵也比別的魚的卵大很多，當我們把很多線索一條條串起來之后，我們就會發現很多有趣的地方，所以你看，像深海獅子魚這個物種是很不一般的，可以說是很‘不容易’的小生命了。”王堃繪聲繪色地講道。

希望未來研究可以服務于人類

談及未來的研究方向，王堃稱還是希望在應用上有所突破，最終可以服務到人類的身上。

其實他們的科研團隊不僅僅致力于研究魚類，比如團隊還有其他老師研究鹿角的再生機制，可以促進人類無疤痕修復和再生。

人類也屬于脊椎動物的一員，所以王堃也希望可以在動物界探索到一些相關的能應用在人類身上的分子機制。

“我們都知道超氧化物對人類具有傷害性，而深海魚類是有很強的抗超氧化物的能力的，我們也找到了相關的酶，如果能夠在工業上甚至醫學上進行利用，或許未來能夠成為對抗人類相關疾病的一種工具。”王堃如是說。

對話最后，王堃還分享了他對于未來十年深海生物學領域發展的期待。

在王堃看來，隨著深海探測技術的發展，未來對深海的探索一定會更加完善。“我們現在對深海生物大致可以勾勒出一個初步的輪廓，未來或許可以弄清楚深海生物圈的整體情況以及建成歷史。”

他還談到了對科研的期待：“我們現在對一些適應機制了解的很有限，只能說找到了一些線索，一些點，至于如何連成一條線，甚至一個面，還有許多有待解決的問題，未來十年技術發展如此之快，我們期待著這樣的科技進步能真正轉化為實實在在的福祉——借助生物智慧，在解決醫療、修復等難題上開啟全新的篇章。”

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