马里亚纳海沟微生物“绿洲”形成机制揭示

日前，由上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所、华大集团等单位共同发起的马里亚纳海沟环境与生态研究计划（MEER计划）二期研究成果，以专辑形式发表于国际学术期刊《细胞·宿主与微生物》，包括1篇观点文章和3篇研究论文。

研究团队首次从“高压激发”假说、蛋白质水平活跃网络、全球深海基因资源图谱与蛋白结构等维度，系统揭示了万米深渊中隐藏的微生物“绿洲”，将深渊研究从生态图景描绘推进至原理解析与资源挖掘的新阶段。

水深超过6000米的深渊是地球最深处最极端的环境，一度被视为“生命禁区”。依托“奋斗者”号全海深载人潜水器，MEER计划一期阐明了深渊生态系统的生命适应策略与物种组成，描绘了首个海洋最深生态系统的全景图。

在此基础上，MEER计划二期研究实现多项技术革新。团队采用原创的核酸—蛋白共提取与共分析技术，攻克了极端环境微生物研究生物量低、提取成功率低、活性鉴定难等关键难题。

观点文章系统提出了两项科学假说，为解释深渊中远超预期的微生物生物量、多样性和代谢活性提供了全新理论框架。

研究指出，超过60兆帕的深渊超高压并非单纯抑制生命，而是通过诱导活性氧产生，推动惰性有机物氧化分解，并加速微生物适应性进化，从而在万米海底形成肉眼不可见的微生物“绿洲”。

该文还揭示，以维持活性氧稳态为核心的抗氧化策略，是深渊微生物、珠峰高海拔微生物、抗辐射微生物乃至耐旱植物共同选择的“共适应”机制。

第一篇研究论文首次实现了深渊微生物与病毒的宏蛋白质组全景分析，解码了海洋最深水体中的活跃生命网络。团队利用自主建立的核酸—蛋白共提取辈分析技术，构建了包含13.5万余个非冗余活性蛋白的深渊特异性数据集（MEER-APD），其中超过95%的蛋白为深渊特有。

研究表明，深渊高压激发了微生物的特殊代谢模式，使其大量利用难降解有机质，并借助硫代硫酸盐、重金属等物质完成能量供给，拓展了碳源和能源获取渠道，从而维持高度活跃的代谢水平。

同时，环境中的温和与烈性两类病毒，以双重生态策略共同调控微生物群落，形成了与上层海洋截然不同的元素循环效应。

第二篇研究论文进一步揭示，深渊活跃生态系统受地形影响，形成了一直被忽视的微生物热点区域。研究团队对马里亚纳海沟挑战者深渊的精细地形与沉积物分析发现，地形指数对地球化学和微生物群落的解释力已超越水深。

凹陷地形在万米深处创造了此前未被识别的微生物“隐秘热点”。这些区域维持着高生物量、高多样性与高活性，并可能成为微生物在深渊与浅层海域之间双向扩散的中转站。这一发现改变了深渊作为“只进不出”沉积终点的传统观点。

团队开发的种群扩散追踪方法已经开源，为深海碳收支评估和大尺度生态预测提供了新工具。

第三篇研究论文则从科学认知拓展至资源挖掘与应用转化。团队整合了包括深渊在内的全球2138份深海宏基因组样本，构建了包含5.02亿条非冗余基因的深海基因目录（DSGC），并预测了240余万个代表性蛋白结构，构建了迄今为止全球最大的深海基因资源图谱和蛋白结构资源库。

研究发现，深海是独特的“进化引擎”，拥有更强的快速进化信号，同时蕴含392个全新结构域。

依托基因序列与蛋白结构协同筛选，研究团队挖掘出1308个深海特异解旋酶候选基因，并验证了多个具有实际应用潜力的解旋酶。这项工作为探索深海基因“暗物质”和推动生物技术创新提供了可复用的方法框架。