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2025年3月6日，由中國科學(xué)院全球深淵研究團隊何舜平研究員主導，聯(lián)合中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所、中國科學(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(yú)類(lèi)研究重大研究成果，以題為“Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea”發(fā)表在國際頂級期刊《Cell》上。該研究是在中國科學(xué)院部署實(shí)施的全球深淵深潛探索計劃（Global TREnD）支持下，基于我國自主深潛技術(shù)獲取的深海及深淵魚(yú)類(lèi)樣本庫，首次實(shí)現從基因到生態(tài)系統層面的多維度突破。

國之重器：助力深淵科考

該研究使用“探索一號”和“探索二號”科考船，以及我國自主研制的4500米級載人潛水器“深海勇士”號、全海深載人潛水器“奮斗者”號以及全海深著(zhù)陸器“原位實(shí)驗”號、“天涯”號等裝備，通過(guò)對馬里亞納海溝、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(yú)類(lèi)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(yú)類(lèi)類(lèi)群，共11種深海魚(yú)樣本，其中6種超深淵帶（>6,000米）樣本。

11種深海魚(yú)類(lèi)的采樣信息和形態(tài)特征

科研積淀：深海魚(yú)類(lèi)研究新突破

自2017年，何舜平研究員率領(lǐng)團隊開(kāi)展深海魚(yú)類(lèi)研究。2019年該團隊公布首個(gè)已知棲息深度最深的魚(yú)類(lèi)類(lèi)群：馬里亞納海溝超深淵獅子魚(yú)（Pseudoliparis?swirei）的基因組，并解析了其獨特的深海適應機制，相關(guān)成果一經(jīng)發(fā)表引起各大媒體的廣泛報道（2019，Nature ecology & evolution）。2019年至2024年該團隊相繼對深淵獅子魚(yú)的嗅覺(jué)和視覺(jué)系統的適應性進(jìn)行了深入分析，并首次對其肝臟組織脂質(zhì)組和蛋白質(zhì)組進(jìn)行了解析，全面系統的闡述了馬里亞納海溝深淵獅子魚(yú)的適應性演化機制（2019，GENES ；2023，eLife；2024, Water Biology and Security）。并先后對深海劍魚(yú) (Xiphias gladius) 和平鰭旗魚(yú) (Istiophorus platypterus)的恒溫演化機制、深海月魚(yú)（Lampris meggalopsis）和深海鰻鱺魚(yú)（Ilyophis brunneus）深海適應的分子機制進(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，卻孕育了獨特的生物群落。我國深潛裝備技術(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性演化提供了研究手段?；谇捌诜e累的研究基礎該團隊再次取得系統性解析深淵魚(yú)類(lèi)的成因和適應性演化的新突破。

主要研究成果

圖文摘要

研究對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，熱液區及中國南海海域捕獲的11種深海魚(yú)類(lèi)的基因組數據進(jìn)行深入分析，構建了深海魚(yú)類(lèi)的"生命進(jìn)化樹(shù)"，揭示了脊椎動(dòng)物征服深淵的史詩(shī)歷程。結果表明，大多數現存的深海魚(yú)類(lèi)約在6500萬(wàn)年前的大滅絕事件后才進(jìn)入深海區域，而少數更古老的深海魚(yú)類(lèi)類(lèi)群在1億年前就已經(jīng)開(kāi)始適應深海環(huán)境，并可能在連續的大滅絕事件中存活。進(jìn)一步的研究發(fā)現深海魚(yú)類(lèi)基因組展現出較低的突變速率和較高的重復序列比例，同時(shí)，對深海黑暗環(huán)境也表現出不同層次的適應性變化。

研究團隊進(jìn)一步探討了脊椎動(dòng)物應對高壓環(huán)境的分子機制。此前，能夠在高壓下穩定蛋白質(zhì)結構的氧化三甲胺（TMAO）被認為是脊椎動(dòng)物適應深海高壓環(huán)境的“抗壓神器”，隨深度增加，魚(yú)體內TMAO含量呈線(xiàn)性增加。團隊通過(guò)測定不同深度魚(yú)類(lèi)肌肉組織中的TMAO含量，發(fā)現生存深度0-6000米的魚(yú)類(lèi)，TMAO含量隨著(zhù)深度增加而升高，但在6000米以下的深海魚(yú)類(lèi)則未出現這一趨勢。這表明，TMAO并不能單獨解釋所有深海魚(yú)類(lèi)在高壓下的適應機制，可能存在著(zhù)更精妙的分子機制。

更為突破性的發(fā)現是，所有生存深度在3000米以下的深海魚(yú)類(lèi)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)驗表明該變突顯著(zhù)影響了轉錄效率，揭示了轉錄調控在深海高壓適應中的潛在作用。這一發(fā)現為揭示深海生物壓力適應的分子機制開(kāi)辟了新的研究方向。

此外，團隊還發(fā)現，來(lái)自馬里亞納海溝和菲律賓海溝的超深淵獅子魚(yú)，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)的人工合成有機污染物。這一發(fā)現警示我們，人類(lèi)活動(dòng)已經(jīng)對地球最深處的生物產(chǎn)生了深遠的影響。

研究人員還對幾種典型的深海魚(yú)類(lèi)的特異性的適應機制進(jìn)行了深入的探討，結果表明不同類(lèi)群深海魚(yú)類(lèi)“各顯身手“，對深海極端環(huán)境均展現出獨特的適應機制。此外，該研究還對魚(yú)類(lèi)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。另一方面，對不同超深淵海溝深淵獅子魚(yú)群體遺傳分析結果表明：深海洋流可能是深淵魚(yú)類(lèi)跨海溝基因交流的推動(dòng)力。

隨著(zhù)人類(lèi)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)了我們對脊椎動(dòng)物如何克服海洋最深區域環(huán)境挑戰的理解，突出繼續探索和保護這些獨特深海生態(tài)系統的必要性。

該研究由中國科學(xué)院戰略性先導科技專(zhuān)項（B類(lèi)）、中國科學(xué)院國際伙伴計劃、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、海南省重大科技計劃以及 “全球深淵深潛探索計劃（Global TREnD）”支持。

中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所徐涵博士后為本研究的第一作者，中國科學(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