研究成果以“Microbial?ecosystem?and?ecological?driving?forces?in?the?deepest?ocean?sediments”為題發(fā)表在《Cell》雜志上。百邁客生物為該研究提供了測序服務(wù)。

Microbial ecosystem and ecological driving forces in the deepest ocean sediments

研究背景

深淵區(qū)（水深超6,000米，或根據(jù)聯(lián)合國教科文組織定義為水深超過6500米）占海洋垂直深度的45%，以極端高壓（110兆帕）、低溫（接近冰點）、黑暗及有機(jī)質(zhì)稀缺為特征。盡管環(huán)境嚴(yán)酷，這里卻孕育了獨特的生物群落，如凝膠狀魚類、端足類甲殼動物及依賴化能合成的微生物。這些生物通過基因和代謝途徑的適應(yīng)性進(jìn)化，成為研究生命極限的范本。

從1960年起，人類對深淵的探索歷程一直伴隨著巨大的代價和犧牲，也為現(xiàn)代深淵研究奠定了基礎(chǔ)。直至中國“奮斗者號”全海深載人潛水器的出現(xiàn)（2020年創(chuàng)下10,909米下潛紀(jì)錄），深淵科考進(jìn)入新階段。其220公斤有效載荷、高速水聲通信系統(tǒng)及高國產(chǎn)化率，顯著提升了采樣精度與效率。

研究內(nèi)容及結(jié)果

構(gòu)建海洋最深生態(tài)系統(tǒng)圖景

上海交通大學(xué)肖湘團(tuán)隊，作為全球深海高壓微生物領(lǐng)域極少數(shù)至今在研的科學(xué)團(tuán)隊，與中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所等國內(nèi)多家科研單位共同參加了“奮斗者”號載人潛水器TS21航次，探索了馬里亞納海溝、雅浦海溝和菲律賓海盆6000-11000米水深區(qū)域，其中雅浦海溝最深點為人類首次探索，采集了包括水體、沉積物、宏生物、巖石等千余份樣本。

通過對采集的1，648份沉積物樣本進(jìn)行宏基因組測序，研究人員鑒定7,564個原核微生物物種，其中89.4%為未報道的新物種，這說明深淵微生物具有超乎想象的物種新穎性，盡管深淵調(diào)查區(qū)域的面積不足全球海洋的億分之一，其物種多樣性與已知的全球海洋微生物多樣性相當(dāng)，說明在最深海域超高壓下微生物異常繁榮。

為解釋深淵微生物的異常繁榮，肖湘團(tuán)隊構(gòu)建了一種新的基于宏基因組的生態(tài)分析流程，將環(huán)境生態(tài)驅(qū)動過程與微生物基因組特征和代謝偏好結(jié)合起來，發(fā)現(xiàn)深淵微生物通過“精簡型”和“多能型”兩種截然不同的深淵環(huán)境適應(yīng)策略，支撐了高新穎性的微生物生態(tài)系統(tǒng)。

圖1.深淵微生物的超高新穎性和多樣性及其生態(tài)成因

構(gòu)建全球深淵微生物數(shù)據(jù)庫

“溟淵計劃”構(gòu)建的全球深淵微生物數(shù)據(jù)庫，總數(shù)據(jù)量與過去十年海洋微生物積累的總數(shù)據(jù)量相當(dāng)，研究發(fā)現(xiàn)的深淵微生物出人意料的超高新穎性和多樣性，展現(xiàn)了深淵生命的新資源潛能，可能幫助人類解決當(dāng)前面臨的常規(guī)環(huán)境生物資源枯竭的困境。

“溟淵計劃”微生物數(shù)據(jù)集將依托國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫向全球開放共享，呼吁國內(nèi)外研究學(xué)者協(xié)力攻堅深淵環(huán)境與生命的重大科學(xué)問題，拓展人類對深部生命的認(rèn)知邊界。

圖2.全球深淵微生物數(shù)據(jù)庫

該研究專題報道了深淵研究的重大進(jìn)展，樣本分析顯示出較高的分類新穎性，為我們呈現(xiàn)了一個海洋深處極度繁榮的生態(tài)系統(tǒng)。重點研究了深淵生態(tài)系統(tǒng)，包括深淵微生物、深淵無脊椎動物（鉤蝦）和深淵脊椎動物（魚類）的特征與環(huán)境適應(yīng)，從而描繪了深淵特殊的食物鏈：從微生物到鉤蝦再到魚類。發(fā)現(xiàn)了深淵存在跨越物種邊界的深淵環(huán)境“共適應(yīng)”策略。

以上內(nèi)容來源于上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，侵刪