1100個大氣壓，是什么概念?
相當于20頭成年大象齊刷刷踩在一枚指甲蓋上，足以將深海探測器的鋼制外殼擠壓變形!
而在地球最深處的馬里亞納海溝，11000米的海底，這樣的極端高壓就是日常。這里終年不見一縷陽光，水溫常年徘徊在1-4℃，食物稀缺到只能靠上層海洋沉降的“海洋雪”勉強維生，曾被認定為生命無法存活的“絕地”。但當“奮斗者”號深潛器帶著強光探照燈抵達這片深淵，眼前的景象令人震撼：身體軟若無骨的超深淵獅子魚(Pseudoliparis swirei)在海水中輕盈穿梭，成群的端足目鉤蝦在海底沉積物上扎堆覓食，無數微生物在暗夜里默默繁衍生息，一片看似荒蕪的深海，竟是一片生機盎然的“黑暗綠洲”。
這些沒有堅硬鎧甲的脆弱生命，究竟憑什么在鋼鐵都難以承受的高壓禁區里安然繁衍?中國科考團隊依托“奮斗者”號33次萬米下潛采樣，結合基因組測序、脂質組分析等多項技術，一步步揭開了深淵生物藏在基因里、嵌在細胞中的“抗壓秘籍”——它們不靠堅硬外殼硬扛，而是用千萬年演化出的基因、細胞和生態智慧，與深海高壓“握手言和”。
圖1 馬里亞納海溝獅子魚（Pseudoliparis swirei）
一、基因層面的“抗壓革命”： 突變與協作的雙重突破
長期以來，氧化三甲胺(Trimethylamine N-oxide, TMAO)被科學界公認為是深海魚的“抗壓神器”——它能像“防腐劑”一樣穩定蛋白質結構，避免高壓下蛋白質變性、細胞結構崩塌，且在生物體內的含量會隨著棲息水深的增加而同步升高。但中國科學院何舜平團隊與西北工業大學王堃團隊的聯合研究發現，生活在6000米以下的超深淵獅子魚(Pseudoliparis swirei)，體內TMAO含量并未持續攀升——相比于棲息于6000米以淺的馬里亞納海溝其他獅子魚，其TMAO積累量反而呈現“平臺期”。
顯然，這片萬米深淵里，藏著更高效的抗壓“隱藏技能”。
這份技能的核心，是一處關鍵的基因突變。研究團隊對馬里亞納海溝內不同深度的獅子魚進行基因組測序后發現，僅超深淵獅子魚(Pseudoliparis swirei)及其他棲息深度超過3000米的深海魚類，攜帶了rtf1基因的Q550L特異性突變。體外功能實驗證實，正是這一處小小的突變，像給細胞裝了精準的“壓力調節器”，能直接調控基因轉錄效率，優化代謝網絡，讓超深淵獅子魚無需依賴大量防護物質，就能從容應對7000米以下的極端高壓，這也是其區別于淺海獅子魚，甚至馬里亞納海溝內6000米以淺獅子魚的核心基因支撐。
圖2 馬里亞納海溝獅子魚骨骼結構示意圖
更獨特的是，超深淵獅子魚還存在“骨骼鈣化基因假基因化”的特征：其體內控制骨骼鈣化的關鍵基因發生截短突變，導致骨骼無法正常礦化，變得極薄且富有彈性，頭骨也呈現不完全閉合狀態——這種“舍棄堅硬骨骼，換取抗壓能力”的策略，能有效避免高壓下骨骼碎裂、顱腔破裂的風險。對于深淵里隨處可見的端足目鉤蝦，科學家則發現了另一種抗壓思路——不靠“單一基因開掛”，走“團隊協作路線”。研究顯示，這類鉤蝦并沒有專屬的“嗜壓基因”，而是靠上千個基因協同作用，搭配體內共生菌的輔助，共同調控體內滲透壓，牢牢守住細胞結構的完整性。更神奇的是，部分鉤蝦還進化出了13.1GB的超大基因組，是人類基因組的4倍之多，其中大量重復序列，成為它們應對高壓、低溫等多重極端環境的“基因儲備庫”，為長久生存提供了無限可能。
圖3 深淵鉤蝦
這些基因層面的適應并非“一蹴而就”。研究構建的深海魚類“生命進化樹”清晰顯示，馬里亞納海溝內6000米以淺的獅子魚，早在1億年前就開始向深海遷徙;而超深淵獅子魚則是在6500萬年前恐龍滅絕后，才逐步征服深淵，在漫長的演化中，其基因組慢慢形成了“低突變、精保留”的特性，將所有與超高壓適應相關的關鍵基因牢牢留存，最終征服了這片絕地。
圖4 深海魚類“生命進化樹”（包含11種深海魚類的采樣信息和形態特征）
二、細胞層面的“環境適配”： 膜結構與代謝的精準調控
如果說基因突變是“先天優勢”，那細胞層面的適應性改造就是“后天絕技”。深海高壓最可怕的地方，是破壞細胞膜的流動性——就像把黃油放進冰箱，變得又硬又脆。高壓環境下的細胞膜，若不做出調整，會徹底失去彈性，無法完成物質交換、信號傳遞等基礎生理功能，細胞也會隨之走向死亡。
超深淵獅子魚顯然早已破解了這一難題，進化出了專屬于超深淵環境的“深海抗荷服”。中國科學院深海科學與工程研究所團隊針對其肝臟組織開展的脂質組分析顯示，與馬里亞納海溝內6000米以淺的獅子魚相比，超深淵獅子魚細胞膜中不飽和脂肪酸的比例大幅提升，膽固醇和磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine, PE)的含量卻明顯降低——而膽固醇和PE正是細胞膜剛性的主要來源。更關鍵的是，超深淵獅子魚還精準優化了磷脂酰乙醇胺(PE)與磷脂酰膽堿(PC)的比值，這一組合設計能像“天然潤滑油”一樣，抵消1100個大氣壓帶來的膜剛性增強，確保細胞膜始終保持高流動性。
圖5 馬里亞納海溝獅子魚胃含物中的甲殼類
除了對抗高壓，如何在海食物稀缺的超深淵里活下去，也是超深淵獅子魚面臨的核心挑戰。相較于馬里亞納海溝內淺水區獅子魚，超深淵獅子魚還練出了“節能神功”：它的肝臟格外膨大，體積約為淺海獅子魚的1.5倍，內部富集膽固醇酯、醚鍵三酰基甘油及輔酶Q等多種高效儲能分子，就像隨身帶了“能量充電寶”;再搭配體內高表達的ATP酶，實現能量的高效儲存和緩慢釋放，哪怕長時間沒食物也能存活。此外，超深淵獅子魚還進化出獨特的“細胞防御術”。深海環境的食物匱乏與高壓會導致細胞內自由基增多，引發氧化應激損傷，而超深淵獅子魚通過兩大關鍵策略應對：一是降低易被氧化的多不飽和脂肪酸含量，以更高比例的單不飽和脂肪酸替代;二是在肝臟中大量表達轉鐵蛋白(Transferrin)和熱休克蛋白(Heat Shock Proteins, HSPs)——前者可調節體內鐵平衡，防止自由鐵引發氧化應激，后者能在極端壓力下幫助蛋白質折疊與修復。這兩種蛋白的表達量均顯著高于馬里亞納海溝內淺水區的獅子魚，為超深淵獅子魚的細胞生存筑牢了防線。
三、生態層面的“綠洲密碼”： 90%新物種撐起的自給自足體系
圖6 馬里亞納海溝代表性生物【上方為馬里亞納獅子魚，中部為管眼魚（大鰭后肛魚，Macropinna microstoma），左下為小飛象章魚（半深海煙灰蛸，Grimpoteuthis bathynectes），右下為深淵鉤蝦（短腳雙眼鉤蝦，Hirondellea gigas）】
馬里亞納海溝的“黑暗綠洲”，從來不是單一物種的孤軍奮戰，而是整個生態系統的協同共生與自給自足。科學家對1648份深淵沉積物樣本、622份鉤蝦樣本進行全面檢測，共鑒定出7564個微生物物種的代表性基因組，其中89.4%是此前從未被發現的新物種——這一新物種規模，幾乎和全球已知海洋微生物總多樣性相當。這些微生物靠著兩種極致的生存策略，撐起了整個食物鏈的根基：一種是“斷舍離”，簡化基因組，只保留核心功能，降低能量消耗，在資源匱乏環境中“省吃儉用”求生存;另一種是“海納百川”，吸納外源基因，拓展代謝能力，能利用熱液噴口的硫化氫等有毒物質合成能量(化能合成作用)，完全擺脫對太陽光的依賴——這正是超深淵生態系統區別于淺海生態系統的核心特質。
體型微小的深淵鉤蝦，是這片綠洲里的“生態樞紐”。它們既是分解者，以沉降而來的“海洋雪”、海洋動物尸體為食，清理海底有機廢物;又是關鍵消費者，為處于食物鏈頂端的超深淵獅子魚提供充足食物，搭建起“微生物→鉤蝦→超深淵獅子魚”的完整能量傳遞鏈。更有趣的是，深海洋流扮演著“基因快遞員”的角色，攜帶不同海域的生物種群基因穿梭，促進跨區域基因交流，讓深淵生物的遺傳多樣性得以維持，確保“抗壓技能”能代代相傳。
四、無法忽視的警報： 人類污染已抵達萬米深淵
就在科學家驚嘆于深淵生命的演化智慧時，一個沉重的發現浮出水面：在馬里亞納海溝獅子魚的肝臟中，檢測到了高濃度的多氯聯苯(Polychlorinated Biphenyls, PCBs)。這種人工合成的持久性有機污染物，曾廣泛應用于工業生產，具有強致癌性、高毒性且難以降解，早已被全球明令禁止使用。誰也未曾想到，這些源于人類活動的污染物，會順著洋流漂流，沿著食物鏈層層富集，最終跨越萬米阻隔，侵入地球最深處的生態系統。
這一發現警示我們：深海從來不是人類污染的“避風港”。保護這片遙遠而獨特的黑色綠洲，就是保護地球生命演化的珍貴檔案。
結 語
從rtf1基因的精準突變到骨骼鈣化基因的假基因化，從細胞膜的柔性改造到肝臟的高效儲能，從單一個體的細胞防御到整個生態系統的協同共生，馬里亞納海溝的生物用千萬年時間，寫出了一部“極端環境生存指南”。隨著“奮斗者”號等深潛裝備的持續探索，以及“溟淵計劃”(MEER)的推進，更多深淵生命的密碼正被破解。這些發現不僅讓我們重新認識生命的極限，更為人類深海探測、太空探索、極端環境生存等領域提供了靈感——原來最強大的“抗壓能力”，不是硬扛，而是順勢而為的適應與協作。而守護好這片深淵綠洲，讓超深淵獅子魚的生存奇跡延續下去，正是所有探索的最終意義。
參考文獻
[1] He S P, Wang K, Xu W J, et al. Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea[J]. Cell, 2025.
[2] He S P, Zhang H B, Liu S S, et al. Lipidome and proteome analyses provide insights into Mariana Trench Snailfish (Pseudoliparis swirei) adaptation to the hadal zone[J]. Water Biology and Security, 2024.
[3] 中國科學院全球深淵研究團隊. 6000米以下深海生物如何“抗壓”?我國科學家首次揭秘[EB/OL]. 2025-03-09.https://www.cas.cn/cm/202503/t20250310_5049325.shtml.
[4] 中國科學院深海科學與工程研究所.挑戰深海極限:揭秘深淵獅子魚的生存奇跡[EB/OL].2024-11-26.https://www.toutiao.com/article/7441389884943860233/?&source=m_redirect&wid=1766824557438.
[5] 西北工業大學生態環境學院. 2025開門紅!西工大《Cell》發表深海魚類適應性研究成果[EB/OL]. 2025-03-07. https://see.nwpu.edu.cn/info/1037/9454.htm.
[6] 澎湃新聞. 中國科學家在深海生命科學研究領域取得突破性進展[EB/OL]. 2025-03-07. https://www.thepaper.cn/newsDetail_forward_30329789.
[7] 中國科學報. 破譯馬里亞納“黑暗綠洲”的生命密碼[EB/OL]. 2025-03-17. https://www.cas.cn/cm/202503/t20250317_5050375.shtml.
[8] Lin C, et al. Microbial diversity and metabolic strategies in the Mariana Trench hadal sediments[J]. Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers, 2024.
[9] 自然資源部海洋科學技術司. 馬里亞納海溝生態環境調查與評估報告(2024)[R]. 2024.
[10] Wang K, et al. The giant genome of hadal amphipod provides insights into adaptation to extreme environment[J]. Molecular Ecology, 2025.
[11] 新華網. 超深淵獅子魚如何在7000米以下深海生活?我國科研人員揭示其中奧秘[EB/OL]. 2019-04-18. https://www.cas.cn/cm/201904/t20190418_4689234.shtml.
[12] 人民網. 突破深海7000米“地獄禁區” 獅子魚身體結構很神奇[EB/OL]. 2019-04-22. https://finance.people.com.cn/n1/2019/0422/c1004-31041817.html.
[13] 湖南日報. 中國科學家揭秘深淵獅子魚8000米之下的生存密碼[EB/OL]. 2025-05-27. https://news.qq.com/rain/a/20250527A02WVO00.
作者簡介：黃詩涵，廈門大學海洋與地球學院2025級本科生
本文由海洋負排放(ONCE)國際大科學計劃、廈門大學碳中和創新研究中心支持
責編：微科普