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（水深超6,000米，或根據聯(lián)合國教科文組織定義為水深超過(guò)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(diǎn)）、黑暗及有機質(zhì)稀缺為特征。盡管環(huán)境嚴酷，這里卻孕育了獨特的生物群落，如凝膠狀魚(yú)類(lèi)、端足類(lèi)甲殼動(dòng)物及依賴(lài)化能合成的微生物。這些生物通過(guò)基因和代謝途徑的適應性進(jìn)化，成為研究生命極限的范本。

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

研究?jì)热菁敖Y果

構建海洋最深生態(tài)系統圖景

上海交通大學(xué)肖湘團隊，作為全球深海高壓微生物領(lǐng)域極少數至今在研的科學(xué)團隊，與中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所等國內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米水深區域，其中雅浦海溝最深點(diǎn)為人類(lèi)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(guò)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(gè)原核微生物物種，其中89.4%為未報道的新物種，這說(shuō)明深淵微生物具有超乎想象的物種新穎性，盡管深淵調查區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，說(shuō)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，肖湘團隊構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)驅動(dòng)過(guò)程與微生物基因組特征和代謝偏好結合起來(lái)，發(fā)現深淵微生物通過(guò)“精簡(jiǎn)型”和“多能型”兩種截然不同的深淵環(huán)境適應策略，支撐了高新穎性的微生物生態(tài)系統。

圖1.深淵微生物的超高新穎性和多樣性及其生態(tài)成因

構建全球深淵微生物數據庫

“溟淵計劃”構建的全球深淵微生物數據庫，總數據量與過(guò)去十年海洋微生物積累的總數據量相當，研究發(fā)現的深淵微生物出人意料的超高新穎性和多樣性，展現了深淵生命的新資源潛能，可能幫助人類(lèi)解決當前面臨的常規環(huán)境生物資源枯竭的困境。

“溟淵計劃”微生物數據集將依托國產(chǎn)數據庫向全球開(kāi)放共享，呼吁國內外研究學(xué)者協(xié)力攻堅深淵環(huán)境與生命的重大科學(xué)問(wèn)題，拓展人類(lèi)對深部生命的認知邊界。

圖2.全球深淵微生物數據庫

該研究專(zhuān)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(lèi)新穎性，為我們呈現了一個(gè)海洋深處極度繁榮的生態(tài)系統。重點(diǎn)研究了深淵生態(tài)系統，包括深淵微生物、深淵無(wú)脊椎動(dòng)物（鉤蝦）和深淵脊椎動(dòng)物（魚(yú)類(lèi)）的特征與環(huán)境適應，從而描繪了深淵特殊的食物鏈：從微生物到鉤蝦再到魚(yú)類(lèi)。發(fā)現了深淵存在跨越物種邊界的深淵環(huán)境“共適應”策略。

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