3月6日，由何舜平研究员带领的中国科学院水生生物研究所、中国科学院深海科学与工程研究所以及西北工业大学研究团队在《Cell》期刊上发表论文“Evolution and genetic adaptation of fishes to the deep sea”，首次系统性地解析了脊椎动物突破深海高压禁区的遗传奥秘，绘制了深海鱼类的“生命进化树”。
该研究历时8年攻坚，不仅解码了生命征服极端适应极端环境的关键机制，更开创了多学科交叉研究范式：通过整合比较基因组学、蛋白组学与生态毒理学，建立了深海适应研究的"中国标准"，也为未来生物学、生态学以及深海保护研究开辟了新的前沿领域。
约占地球表面积65%的深海，特别是6000米以下的深渊带，长期被视为生命禁区——这里每平方厘米承受约1吨的压力，同时还叠加低温、缺氧与永恒黑暗的生存考验。随着我国深海探测技术的飞速发展，科学家发现超深渊狮子鱼等生物不仅在此存活，更形成了独特的生态系统。
“每一次深海航行都是一场毅力的考验，每次下潜都是与死神的博弈，但发现新物种和解锁其秘密的兴奋感，让所有困难都变得值得。”何舜平研究员说。
自2017年起，研究团队利用我国自主研发的“探索一号”和“探索二号”科考船搭载 “深海勇士”号和“奋斗者”号载人潜器，多次深入环太平洋多处深渊地段，如马里亚纳海沟和蒂阿曼蒂纳海沟等地，捕获来自深海不同区域的鱼类样本。这些只有在高压下才能维持生命体征的珍贵样本，涵盖了能够在3000米以下生存的6个鱼类类群，包括超深渊狮子鱼、深海鼠尾鳕和深海鲉鳚等。
研究团队通过对这些样本的遗传数据进行深入分析，构建了深海鱼类的“生命进化树”，并逐步揭示了脊椎动物征服深渊的过程、模式及其机制。2019年，研究团队以超深渊狮子鱼为研究模型，率先探索了该物种在极端环境中的适应性遗传机制，并在《Nature Ecology & Evolution》[1]、《Science Bulletin》[2]、《GENES》[3]、《eLife》[4]和《Water Biology and Security》[5]等期刊上发表了相关研究论文。研究结果揭示，超深渊狮子鱼在感官系统、昼夜节律、骨骼系统以及代谢系统等方面均发生了重大适应性变化。例如，其感官系统可能进化出增强的化学感知能力，以弥补视觉的缺失；骨骼变得非常薄且具有弯曲能力，头颅不完全封闭，以抵消高静水压力；代谢系统则调整为极低的能量消耗模式，以适应食物匮乏的环境等。随后，研究团队进一步从剑鱼、旗鱼[6]以及深海鳗鲡[7]的多组学数据中，解析了物种特异性的适应深海的分子机制。
图1.深海鱼类的采集地及其进入深海的历史进程
然而，由于早期研究集中于单一物种，关于脊椎动物在深海环境中适应的共性仍然缺乏全面的理解。为填补这一空白，研究团队构建了全球首个深渊鱼类多组学数据库，取得四大重要性发现：
1.重绘深海鱼类的"生命进化树"，论证学界百年推论。证实深海鱼类存在“远古幸存者”与“新生代移民”双路径演化（Persistence of a Deep-Sea Fish Fauna through Extinction Events），即部分类群早在一亿年前就已征服深海，而现生种群主体崛起于6000万年前物种大灭绝事件之后（图1）。
图2.鱼类适应深海环境的趋同演化机制
2.挑战了“抗压神器”-氧化三甲胺（TMAO）的传统理论。传统理论认为，氧化三甲胺（TMAO）是脊椎动物适应深海的“抗压神器”，并且其含量随着深度的增加而升高。团队发现生存深度为0-6000米的鱼类，其TMAO含量会随着深度增加而升高，但在6000米以下的深海鱼类则未出现这一趋势，揭示了TMAO并不能单独解释所有深海鱼类在高压下的适应机制，可能存在着更精妙的分子机制。更为突破性的发现是，所有生活在3000米以下的深海鱼类均存在一种高度保守的RTF1基因趋同演化的突变（Q550L），实验表明此变突影响了转录效率，揭示了这一基因在适应高压环境中的潜在作用，也为探索深海生物压力适应的分子机制开辟了新的研究方向（图2）。
3.证实人类污染物已渗透至地球最深海沟。团队还发现，在马里亚纳海沟超深渊狮子鱼肝脏中检测出极高含量的多氯联苯（PCBs），这是一种常见的人工合成污染物，为深海保护敲响警钟（图1C）。
4.展示了深海鱼类在极端环境下通过形态退化、基因扩增和遗传变异等多种机制实现了物种的特异性适应(图3)。
图3.鱼类适应深海环境的特异性机制
中国科学院深海科学与工程研究所徐涵博士后、中国科学院水生生物研究所方成池副研究员与王成博士后、西北工业大学许文杰博士以及青岛华大基因研究院宋跃为共同第一作者；中国科学院水生生物研究所何舜平研究员、西北工业大学王堃教授和中国科学院深海科学与工程研究所张海滨研究员为共同通讯作者。
该研究得到了国家自然科学基金（42330405）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB42030000)、全球深渊深潜探索计划（GLOBAL TREnD）等项目资助。
