一顿饭活五年！中国科学院海洋所首篇 Cell

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相信绝大部分小伙伴都曾想过「如果不吃不喝，我能长期生存下去吗？」深海中有着这样一群生物：体长半米，却能做到「吃一顿饭，管饱五年」。这背后究竟隐藏着怎样的进化奇迹？
2019 年，中国科学院海洋研究所李富花研究员团队利用虾基因组破译了虾适应海底生活和频繁蜕皮的遗传基础（Nat Commun，2019.1.21），2025 年底，他们通过单核 RNA 测序，在虾中发现了一种功能与脊椎动物淋巴器官惊人相似的细胞结构，这一发现引发了关于无脊椎动物是否也进化出免疫器官的争论（J Adv Res，2025.11.15）。2026 年，该团队又提出了另一个令人惊讶的发现：抑制脊椎动物肌肉生长的 GDF8 已经转变为快速加速虾生长的生长因子 (Int J Biol Macromol，2026.4.25）。这些研究收集了大量有关甲壳类动物基因组和表观遗传学的数据，为后来阐明深海贝类的「生存悖论」奠定了基础。
最新研究
昨日，中国科学院海洋研究所实验海洋生物学实验室李富花、相建海团队联合香港中文大学的朱嘉濠团队在 Cell 上发表最新成果，该研究通过研究深水种等足类生物：深海水虱，解答了这一问题。


图 1：文章来源（Cell）
https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00571-4

这种生物体型巨大（长达半米），但仅靠一顿饭仍能存活五年以上，这代表了一种神奇的「能量悖论」，尽管在深海几乎没有食物，庞大的身体却快速消耗能量。研究人员首次根据经验观察到，深水种等足类进化出了两种策略：第一种是将胃巨大扩大到体腔的三分之二左右，这使它们能够大量进食，第二种策略是基础代谢急剧减慢，柠檬酸合酶和乳酸脱氢酶的活性下降，活性氧和 NADH/NAD+ 的比例也下降，与线粒体氧化磷酸化有关的基因簇明显减少。


图 2：栖息于不同深度的等足类动物
但这些内部调整还不够，终于研究人员在基因组中发现了一个关键线索：ND1 基因。该基因是线粒体复合体 I 亚基的一部分，但本身深水种等足类最初并不拥有它。他们很久以前通过「水平迁移」从衣原体等细菌那里遗传下来，在深海群体中这种 ND1 基因已经复制了多达五次，其中四个拷贝具有极高的表达量，它属于所有基因中最活跃的 1%，在胃、肝胰腺、神经和肌肉等组织中被广泛复制。但生活在浅水区的物种拥有该基因的拷贝数较少，其表达量较低，几乎完全无活性。


图 3：两种等足类动物中 ND1 水平转移基因的系统发育树
进一步研究发现，ND1 的这种过度表达通过基因启动子区一种称为组蛋白乙酰化（H3K9ac）的机制被高度激活，宿主对此做出反应，并使参与乙酰化的酶的数量大幅增加。为了证实 ND1 的重要性，研究小组创造了转基因斑马鱼，在 27°C 的室温下喂食 ND1 的鱼表现出比平时明显更高的能量代谢，但当水温降至 18°C 时，与深海底部的温度相似，携带 ND1 的个体即使在饥饿状态下存活时间也明显更长（高达 37%！），且他们的体重几乎没有下降，原因是其耗氧量适中，更进一步的说便是 NADH/NAD+ 比率和略微升高的活性氧浓度保持稳定。


图 4：通过组蛋白乙酰化对 ND1 超高水平表达的特异性调控
尾声
在本研究中，作者使用斑马鱼、线虫和细胞模型来研究 ND1 的功能。不幸的是，这些模型无法完美再现高压（约 10 MPa）和低温（约 4°C）的现实环境。ND1 的确切分子信号通路尚未完全阐明。虽然之前的研究主要集中在内源性基因的扩增上，但发现的 ND1 是一个从外部来源水平转移并通过表观遗传机制过度表达的基因 —— 这是一个极其罕见的案例，即使在后续临床应用中使用 ND1 来调节人类代谢，也会面临三大挑战：不同物种之间的基因转移是否功、外源基因是否会引发免疫反应以及室温下代谢是否会过度激活。然而，对本土实验室启发的角度来看，这项研究显示了一个有希望的模型，在不作为模式生物且生活在极端环境中的生物中发现进化创新，其有望取得比确认模式生物中已知代谢途径更大的成功。其中最重要的基础是整合基因组资源和多组学能力。
参考文献：
1.Zhang X, Yuan J, Sun Y, Li S, Gao Y, Yu Y, Liu C, Wang Q, Lv X, Zhang X, Ma KY, Wang X, Lin W, Wang L, Zhu X, Zhang C, Zhang J, Jin S, Yu K, Kong J, Xu P, Chen J, Zhang H, Sorgeloos P, Sagi A, Alcivar-Warren A, Liu Z, Wang L, Ruan J, Chu KH, Liu B, Li F, Xiang J. Penaeid shrimp genome provides insights into benthic adaptation and frequent molting. Nat Commun. 2019.
2.Si S, Zhang X, Sun J, Sun W, Zhong X, Sun M, Hu J, Yuan J, Yu Y, Li S, Li F. Structural and functional analysis of growth differentiation factor 8: A positive regulator of growth in the Pacific white shrimp Litopenaeus vannamei. Int J Biol Macromol. 2026 May;364:152224. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2026.152224. Epub 2026.
3.Sun M, Li S, Liu Y, Li F. Single-nucleus RNA sequencing illuminates a functional analog of lymphoid organ in crustacean. J Adv Res. 2025.
4.Yuan JB, Zhang XJ, Li FH. Deep-sea megafauna co-opts microbial energy metabolism genes to withstand ultra-long starvation. Cell. 2026.