科学家揭示最深海居民如何适应环境

对生活在最深的已知脊椎动物物种深渊蜗牛的遗传分析表明，它具有许多关键的适应能力，可以在 6,000 多米的海底生存。

该发现今天作为eLife Reviewed Preprint 发表，为编辑们所描述的深海蜗牛的深海适应机制和进化史提供了令人信服的证据。

结果表明，拥有两个基因 cldnj 和 fthl27 的多个拷贝，使深渊蜗牛能够保持听觉并承受它们在水下承受的巨大压力。

深渊蜗牛鱼作为有记录以来最深的水下脊椎动物让生物学家着迷。超深渊区( hadal zone)以其命名，其特点是来自海水深度和密度的高静水压力、完全黑暗和贫瘠。由于难以在如此深度观察生物，因此很难对该物种进行长期研究。

“我们对深渊蜗牛的了解存在许多空白，”中国西安西北工业大学生态与环境学院的主要作者 Wenjie Xu 说。“关于它如何进入和适应超深渊区的问题仍然存在——它依靠什么感觉，以及它如何承受它所承受的极端静水压力?”

为了解决这些问题，Xu 及其同事从太平洋马里亚纳海沟收集了四种深渊蜗牛 (Pseudoliparis swirei)，并从黄海收集了四种浅栖田中蜗牛。通过结合使用 DNA 测序技术，该团队能够生成每个物种中存在的所有基因的集合。通过比较和对比深栖和浅栖物种之间的基因表达率，研究小组可以推断出深渊蜗牛首次进入深渊区的时间，以及使其能够在新环境中适应和繁殖的遗传变异.

利用这些数据，研究小组估计深渊蜗牛和田中蜗牛大约在 1800 万年前相互分化，并进一步估计深渊蜗牛和生活在 1000 米左右的其他 Liparidae 物种在大约 990 万年前分化——接近马里亚纳海沟形成时间。因此，他们推测深渊蜗牛的祖先在大约990万年前首先适应了1000米深的海域，随着马里亚纳海沟的形成逐渐适应了更深的海域。

科学家们说，深渊区完全没有光线似乎对深渊蜗牛产生了深远的影响。他们观察到许多与视力相关的基因大量丢失，这表明由于深渊区缺乏光线，视力对生存不再重要。此外，许多与昼夜节律相关的基因不存在，尽管一些重要的时钟控制基因仍然存在。这表明深渊蜗牛的节律周期一直保持着，但不再基于太阳的运动。增加脂质动员的基因 gpr27 的缺失也可能是深渊蜗牛在饥饿时期存活下来的关键机制。

之前有人提出，能够在高压下维持蛋白质功能的化合物 TMAO 是让深渊蜗牛能够在比任何其他已知脊椎动物更深的深度生存的关键因素。然而，研究小组观察到，深渊蜗牛中产生 TMAO 的酶黄素单加氧酶 3 (fmo3) 的表达与许多生活在水面的海洋物种中的表达相同。相反，Xu 及其同事提出，深渊蜗牛中两个基因的多拷贝和表达增加可能比 TMAO 发挥更关键的作用。

第一个是 cldnj，这是形成耳石所必需的基因——耳石是内耳中由碳酸钙构成的结构。通常，碳酸钙无法在水下约 4,000 米以外有效地积累形成耳石。然而，深渊蜗牛的耳石与田中蜗牛的耳石一样致密。因此，深渊蜗牛拥有的三个 cldnj 副本很可能对于维持深渊区耳石的完整性和维持听觉功能至关重要。

第二个基因是 fthl27，它编码铁蛋白。这种蛋白质显着增加了对活性氧的耐受性，活性氧是造成高静水压损伤的原因。Hadal snailfish 有 14 个 fthl27 拷贝，而 Tanaka 的 snailfish 有 3 个拷贝。fthl27 的这种大规模扩张和高表达，以及许多与深渊蜗牛中 DNA 修复相关的基因，很可能是让它们适应深渊区环境的关键。

作者呼吁进一步研究深渊蜗牛的适应性，以巩固他们的发现。特别是，他们表示其神经系统适应高静水压力的能力值得在未来进行更深入的研究。

“我们的研究提供了深海蜗牛的染色体水平基因组分析，进一步加深了我们对该物种的起源和适应机制的理解，”共同资深作者、深海科学与工程研究所教授何顺平总结道，中国科学院，中国三亚。他与西北工业大学生态与环境学院研究员王坤一起担任该研究的共同高级作者。“我们认为深渊蜗牛只是在最近几百万年，马里亚纳海沟完全完工后才进入深渊带，随后在 100 万年内扩散到不同的海沟。”