科学家发现数千种新的微生物物种在马里亚纳海沟中繁衍生息

快速阅读: 据《奇点枢纽》最新报道，马里亚纳海沟的极端环境孕育了众多未知生物。”马里亚纳海沟环境与生态研究项目”(MEER)发现了超过六千种新微生物，揭示了深海物种适应高压的独特基因变化。”奋斗者”号深海潜水器采集了大量沉积物样本，研究显示这些微生物具备高效的DNA修复系统及适应极端条件的基因。这些发现有助于我们理解深海生命的适应机制，甚至可能启发太空探索技术的发展。

没有保护，人类无法在马里亚纳海沟生存。那里受到巨大的压力和黑暗的控制。然而，生命找到了生存的方式。深海海参鱼，拥有精致的鳍和半透明的身体，在黑暗冰冷的水中游弋。长达一英尺的巨大虾状生物在寻找落下的碎片，包括木头和塑料。透明鳗鱼有鱼类头部，以捕猎为生。一层细菌分解死去的海洋生物和浮游生物，循环利用营养物质。我们只触及了海洋最深处生存物种的表面。但一个大型项目现在为深海物种清单增加了超过六千种新微生物。该项目名为“马里亚纳海沟环境与生态研究项目”，简称MEER。一组科学家从马里亚纳海沟和另外两个区域的深渊带——海洋最深处——采集沉积物。调查揭示了数千个新物种及其适应高压环境的两种基因变化。另一组团队组装了十一种深海鱼类的基因组，并发现了一种可能增强其生存能力的突变基因。对一种类似大虾的生物进行基因测序表明，细菌提高了它的代谢率，使其适应高压环境。展示了生物如何适应极端环境，这可能有助于开发能够抵抗压力或辐射的蛋白质，用于太空探索。“深海，尤其是深渊带，代表了地球上一些最极端且最少探索的环境，”中国科学院的研究员何顺平和他的同事写道。该研究希望“拓展我们对这个外星世界生命的理解”。海洋覆盖了地球表面的大约百分之七十。但我们对它们的居民知之甚少，特别是在海底。自二十世纪六十年代以来，多次任务——有些是自主的，有些是有人驾驶的——试图探索太平洋最深处的马里亚纳海沟。海沟深达三千多米，足以完全淹没珠穆朗玛峰。海沟是一个无情的环境。压力是海平面的一千倍以上，而在挑战者深渊——迄今为止导航到的最深处——温度仅略高于冰点。那里的海底笼罩在完全的黑暗中。然而，六十五年前的载人潜水发现了在海沟中生存的比目鱼和大型虾类生物——这是生命能在如此极端环境中生存的第一个迹象。最近，詹姆斯·卡梅隆，因执导《泰坦尼克号》等电影而闻名，潜入近一万一千米并拍摄了帮助识别更多新物种的视频。深海似乎是一个尚未被发现的外星物种宝库。MEER项目正在从世界各地最深的海沟中采集样本，以便了解更多信息。MEER依赖于一种名为“奋斗者”的深海潜水器。“奋斗者”号是自推进的，能够在极低温度和巨大压力下生存。它可容纳三名乘员，并配有两支装满设备的机械臂——摄像头、声呐、钻机。二〇二〇年，“奋斗者”号到达马里亚纳海沟底部，随后前往雅浦海沟和菲律宾盆地。船上科学家收集了来自多个海沟（六至十一公里，即约四至七英里）的六百多份沉积物样本。除了巨大的压力和缺乏光线，深海环境中的环境养分也很稀缺。作者写道：“使其区别于其他所有海洋和陆地环境。”沉积物中保存着遗传物质，可以在带到表面进行分析时保持完整。这项研究使用宏基因组学方法描绘了深海生物群落的景观。在这里，科学家们对环境中的所有微生物的遗传物质进行了测序，使他们能够构建生态系统的全景视图。在这种情况下，收集的样本“比之前报告的所有样本大十倍”，研究团队写道。超过百分之八十九的基因组大多是新的，表明这些基因组大多属于生活在深海中的未知微生物物种。从其他海沟收集的样本具有不同的遗传特征，表明微生物已经适应了各种深海环境。但它们共享相似的基因变化。几种基因提高了它们消化甲苯作为食物的能力。这种化学物质主要用于制造油漆、塑料、药品和化妆品。其他基因消除了代谢废物称为活性氧物质。大量存在时，这些会损害DNA，导致老化和疾病。生物体还拥有一种加强的DNA修复系统。这可以帮助它们适应极端压力和低温，这两种因素都会增加这些有害化学物质造成破坏的可能性。与此同时，其他研究深入探究了深渊带鱼类和类似虾类生物的基因组成。在一个研究中，科学家使用“奋斗者”号潜水器和自主漫游车收集样本，覆盖了从马里亚纳海沟到印度洋的位置。团队专注于深海鱼类中大约二百三十个提高压力下生存能力的基因。其中大部分帮助修复DNA损伤。其他增加肌肉功能。令人惊讶的是，研究的十一种深海鱼类共享一个单一的基因突变。在实验室培养的细胞中工程化相同的突变有助于更有效地将DNA指令转化为RNA——细胞在制造协调身体功能的蛋白质时采取的第一步。“这很可能在深海环境中是有利的，”研究团队写道。深海顶级捕食者依赖稳定的猎物供应——主要是虾类物种称为端足类。这些生物的全基因组测序显示，虾类通过多种有益细菌的帮助而茁壮成长。还有一些其他有趣的发现。例如，尽管大多数深海鱼类失去了与视觉相关的基因，但有一种物种表现出与色觉相关的基因活动。这些基因与我们的相似，可能使它们即使在完全黑暗中也能辨别颜色。科学家仍在挖掘MEER数据库。该联盟希望增强我们对地球上最顽强的生命形式的理解——并可能激发探索其他极端环境，如外太空。

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