中国科学院海洋所发表首篇Cell！

孤掌求鸣2009

深海，这片覆盖地球表面绝大部分区域的黑暗世界，长期面临高压、低温与极度匮乏的食物资源。对于栖息于此的巨型动物而言，如何在长达数年的饥饿周期中维持庞大身躯的生存，一直是生物学上的难解之谜。此前研究发现，部分深海等足类生物（如大王具足虫的近亲）能够耐受五年以上的极端饥饿，然而它们同时展现出显著的体型巨大化趋势——这一现象与经典生态学中的“深海巨大化”假说相关，却与能量有限的生存环境构成显著矛盾：巨型的身体需要大量能量维持，而深海食物稀少，迫使生物大幅降低基础代谢率。如何调和这一“节能”与“耗能”之间的根本冲突，成为揭示深海巨型动物生存策略的关键。
2026年6月5日，中国科学院海洋研究所李富花研究员、相建海研究员、袁剑波研究员与香港中文大学朱嘉濠教授等团队在《细胞》（Cell）杂志发表题为“Deep-sea megafauna co-ops microbial energy metabolism genes to withstand ultra-long starvation”的研究论文。该研究通过对两种不同水深分布的深海等足类（超巨型种Bathynomus jamesi与巨型种Bathynomus doederleini）进行多组学比较，首次揭示了一种由水平基因转移驱动的能量代谢调控新机制。


研究团队首先对两种等足类进行了形态、生理与基因组比较。生活于约900米深度的超巨型种B. jamesi体长可达23厘米以上，其胃部异常膨大，占据体腔约三分之二，内部充满研磨细致的食物泥，显示出“间歇性暴食”的策略；而生活于约300米深度的B. doederleini胃部明显较小，食物残渣有限。生理测定表明，B. jamesi的基础代谢率显著低于B. doederleini，其柠檬酸合酶和乳酸脱氢酶活性、活性氧水平及NADH/NAD⁺比值均更低，但单位组织总能量却更高。基因组分析进一步发现，B. jamesi的氧化磷酸化复合体相关基因家族普遍收缩，与其低代谢表型一致。然而，令人意外的是，在其基因组中检测到一个来自细菌的ND1基因——该基因编码线粒体复合体I的一个亚基，且通过古老的水平转移事件整合到宿主基因组中，并在深水种中发生了显著的基因拷贝数扩增和超高表达，其中一份拷贝甚至成为该物种所有基因中表达量最高的一个。


研究进一步揭示，这种超高的表达并非随机，而是受到表观遗传机制的精密调控。通过CUT&Tag测序分析组蛋白H3K9ac修饰，团队发现B. jamesi胃组织中乙酰化修饰显著增强，且三个ND1水平转移基因拷贝的启动子区域均存在特征性H3K9ac峰。与此同时，组蛋白乙酰转移酶基因在B. jamesi基因组中发生特异性扩增，并在胃组织中高表达——这些修饰酶与ND1启动子的乙酰化直接相关，形成了从酶到修饰位点再到靶基因的完整调控链。为了验证ND1的功能，团队在斑马鱼、线虫和细胞系中进行了基因敲入实验。在常温（27°C）条件下，转入ND1的斑马鱼饥饿后代谢加速、死亡率升高；但在低温（18°C）诱导的低代谢状态下，ND1转入个体表现出更低的耗氧率、NADH/NAD⁺比值和活性氧水平，饥饿存活时间较对照组延长了37%。这一结果表明，ND1并非简单地增强或抑制代谢，而是在低温低代谢背景下重新编程能量分配，使机体能够在能量有限时“精打细算”，优先保障生存。此外，研究还发现B. jamesi胃部富集了衣原体门微生物，这些共生菌缺乏三羧酸循环的关键酶，而宿主通过超高表达ND1可能补偿了细菌的能量缺陷，同时细菌可能促进宿主脂肪合成与储存，形成一种互利共生的“双赢”模式。
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