1100个大气压，是什么概念?
相当于20头成年大象齐刷刷踩在一枚指甲盖上，足以将深海探测器的钢制外壳挤压变形!
而在地球最深处的马里亚纳海沟，11000米的海底，这样的极端高压就是日常。这里终年不见一缕阳光，水温常年徘徊在1-4℃，食物稀缺到只能靠上层海洋沉降的“海洋雪”勉强维生，曾被认定为生命无法存活的“绝地”。但当“奋斗者”号深潜器带着强光探照灯抵达这片深渊，眼前的景象令人震撼：身体软若无骨的超深渊狮子鱼(Pseudoliparis swirei)在海水中轻盈穿梭，成群的端足目钩虾在海底沉积物上扎堆觅食，无数微生物在暗夜里默默繁衍生息，一片看似荒芜的深海，竟是一片生机盎然的“黑暗绿洲”。
这些没有坚硬铠甲的脆弱生命，究竟凭什么在钢铁都难以承受的高压禁区里安然繁衍?中国科考团队依托“奋斗者”号33次万米下潜采样，结合基因组测序、脂质组分析等多项技术，一步步揭开了深渊生物藏在基因里、嵌在细胞中的“抗压秘籍”——它们不靠坚硬外壳硬扛，而是用千万年演化出的基因、细胞和生态智慧，与深海高压“握手言和”。
图1 马里亚纳海沟狮子鱼（Pseudoliparis swirei）
一、基因层面的“抗压革命”： 突变与协作的双重突破
长期以来，氧化三甲胺(Trimethylamine N-oxide, TMAO)被科学界公认为是深海鱼的“抗压神器”——它能像“防腐剂”一样稳定蛋白质结构，避免高压下蛋白质变性、细胞结构崩塌，且在生物体内的含量会随着栖息水深的增加而同步升高。但中国科学院何舜平团队与西北工业大学王堃团队的联合研究发现，生活在6000米以下的超深渊狮子鱼(Pseudoliparis swirei)，体内TMAO含量并未持续攀升——相比于栖息于6000米以浅的马里亚纳海沟其他狮子鱼，其TMAO积累量反而呈现“平台期”。
显然，这片万米深渊里，藏着更高效的抗压“隐藏技能”。
这份技能的核心，是一处关键的基因突变。研究团队对马里亚纳海沟内不同深度的狮子鱼进行基因组测序后发现，仅超深渊狮子鱼(Pseudoliparis swirei)及其他栖息深度超过3000米的深海鱼类，携带了rtf1基因的Q550L特异性突变。体外功能实验证实，正是这一处小小的突变，像给细胞装了精准的“压力调节器”，能直接调控基因转录效率，优化代谢网络，让超深渊狮子鱼无需依赖大量防护物质，就能从容应对7000米以下的极端高压，这也是其区别于浅海狮子鱼，甚至马里亚纳海沟内6000米以浅狮子鱼的核心基因支撑。
图2 马里亚纳海沟狮子鱼骨骼结构示意图
更独特的是，超深渊狮子鱼还存在“骨骼钙化基因假基因化”的特征：其体内控制骨骼钙化的关键基因发生截短突变，导致骨骼无法正常矿化，变得极薄且富有弹性，头骨也呈现不完全闭合状态——这种“舍弃坚硬骨骼，换取抗压能力”的策略，能有效避免高压下骨骼碎裂、颅腔破裂的风险。对于深渊里随处可见的端足目钩虾，科学家则发现了另一种抗压思路——不靠“单一基因开挂”，走“团队协作路线”。研究显示，这类钩虾并没有专属的“嗜压基因”，而是靠上千个基因协同作用，搭配体内共生菌的辅助，共同调控体内渗透压，牢牢守住细胞结构的完整性。更神奇的是，部分钩虾还进化出了13.1GB的超大基因组，是人类基因组的4倍之多，其中大量重复序列，成为它们应对高压、低温等多重极端环境的“基因储备库”，为长久生存提供了无限可能。
图3 深渊钩虾
这些基因层面的适应并非“一蹴而就”。研究构建的深海鱼类“生命进化树”清晰显示，马里亚纳海沟内6000米以浅的狮子鱼，早在1亿年前就开始向深海迁徙;而超深渊狮子鱼则是在6500万年前恐龙灭绝后，才逐步征服深渊，在漫长的演化中，其基因组慢慢形成了“低突变、精保留”的特性，将所有与超高压适应相关的关键基因牢牢留存，最终征服了这片绝地。
图4 深海鱼类“生命进化树”（包含11种深海鱼类的采样信息和形态特征）
二、细胞层面的“环境适配”： 膜结构与代谢的精准调控
如果说基因突变是“先天优势”，那细胞层面的适应性改造就是“后天绝技”。深海高压最可怕的地方，是破坏细胞膜的流动性——就像把黄油放进冰箱，变得又硬又脆。高压环境下的细胞膜，若不做出调整，会彻底失去弹性，无法完成物质交换、信号传递等基础生理功能，细胞也会随之走向死亡。
超深渊狮子鱼显然早已破解了这一难题，进化出了专属于超深渊环境的“深海抗荷服”。中国科学院深海科学与工程研究所团队针对其肝脏组织开展的脂质组分析显示，与马里亚纳海沟内6000米以浅的狮子鱼相比，超深渊狮子鱼细胞膜中不饱和脂肪酸的比例大幅提升，胆固醇和磷脂酰乙醇胺(Phosphatidylethanolamine, PE)的含量却明显降低——而胆固醇和PE正是细胞膜刚性的主要来源。更关键的是，超深渊狮子鱼还精准优化了磷脂酰乙醇胺(PE)与磷脂酰胆碱(PC)的比值，这一组合设计能像“天然润滑油”一样，抵消1100个大气压带来的膜刚性增强，确保细胞膜始终保持高流动性。
图5 马里亚纳海沟狮子鱼胃含物中的甲壳类
除了对抗高压，如何在海食物稀缺的超深渊里活下去，也是超深渊狮子鱼面临的核心挑战。相较于马里亚纳海沟内浅水区狮子鱼，超深渊狮子鱼还练出了“节能神功”：它的肝脏格外膨大，体积约为浅海狮子鱼的1.5倍，内部富集胆固醇酯、醚键三酰基甘油及辅酶Q等多种高效储能分子，就像随身带了“能量充电宝”;再搭配体内高表达的ATP酶，实现能量的高效储存和缓慢释放，哪怕长时间没食物也能存活。此外，超深渊狮子鱼还进化出独特的“细胞防御术”。深海环境的食物匮乏与高压会导致细胞内自由基增多，引发氧化应激损伤，而超深渊狮子鱼通过两大关键策略应对：一是降低易被氧化的多不饱和脂肪酸含量，以更高比例的单不饱和脂肪酸替代;二是在肝脏中大量表达转铁蛋白(Transferrin)和热休克蛋白(Heat Shock Proteins, HSPs)——前者可调节体内铁平衡，防止自由铁引发氧化应激，后者能在极端压力下帮助蛋白质折叠与修复。这两种蛋白的表达量均显著高于马里亚纳海沟内浅水区的狮子鱼，为超深渊狮子鱼的细胞生存筑牢了防线。
三、生态层面的“绿洲密码”： 90%新物种撑起的自给自足体系
图6 马里亚纳海沟代表性生物【上方为马里亚纳狮子鱼，中部为管眼鱼（大鳍后肛鱼，Macropinna microstoma），左下为小飞象章鱼（半深海烟灰蛸，Grimpoteuthis bathynectes），右下为深渊钩虾（短脚双眼钩虾，Hirondellea gigas）】
马里亚纳海沟的“黑暗绿洲”，从来不是单一物种的孤军奋战，而是整个生态系统的协同共生与自给自足。科学家对1648份深渊沉积物样本、622份钩虾样本进行全面检测，共鉴定出7564个微生物物种的代表性基因组，其中89.4%是此前从未被发现的新物种——这一新物种规模，几乎和全球已知海洋微生物总多样性相当。这些微生物靠着两种极致的生存策略，撑起了整个食物链的根基：一种是“断舍离”，简化基因组，只保留核心功能，降低能量消耗，在资源匮乏环境中“省吃俭用”求生存;另一种是“海纳百川”，吸纳外源基因，拓展代谢能力，能利用热液喷口的硫化氢等有毒物质合成能量(化能合成作用)，完全摆脱对太阳光的依赖——这正是超深渊生态系统区别于浅海生态系统的核心特质。
体型微小的深渊钩虾，是这片绿洲里的“生态枢纽”。它们既是分解者，以沉降而来的“海洋雪”、海洋动物尸体为食，清理海底有机废物;又是关键消费者，为处于食物链顶端的超深渊狮子鱼提供充足食物，搭建起“微生物→钩虾→超深渊狮子鱼”的完整能量传递链。更有趣的是，深海洋流扮演着“基因快递员”的角色，携带不同海域的生物种群基因穿梭，促进跨区域基因交流，让深渊生物的遗传多样性得以维持，确保“抗压技能”能代代相传。
四、无法忽视的警报： 人类污染已抵达万米深渊
就在科学家惊叹于深渊生命的演化智慧时，一个沉重的发现浮出水面：在马里亚纳海沟狮子鱼的肝脏中，检测到了高浓度的多氯联苯(Polychlorinated Biphenyls, PCBs)。这种人工合成的持久性有机污染物，曾广泛应用于工业生产，具有强致癌性、高毒性且难以降解，早已被全球明令禁止使用。谁也未曾想到，这些源于人类活动的污染物，会顺着洋流漂流，沿着食物链层层富集，最终跨越万米阻隔，侵入地球最深处的生态系统。
这一发现警示我们：深海从来不是人类污染的“避风港”。保护这片遥远而独特的黑色绿洲，就是保护地球生命演化的珍贵档案。
结 语
从rtf1基因的精准突变到骨骼钙化基因的假基因化，从细胞膜的柔性改造到肝脏的高效储能，从单一个体的细胞防御到整个生态系统的协同共生，马里亚纳海沟的生物用千万年时间，写出了一部“极端环境生存指南”。随着“奋斗者”号等深潜装备的持续探索，以及“溟渊计划”(MEER)的推进，更多深渊生命的密码正被破解。这些发现不仅让我们重新认识生命的极限，更为人类深海探测、太空探索、极端环境生存等领域提供了灵感——原来最强大的“抗压能力”，不是硬扛，而是顺势而为的适应与协作。而守护好这片深渊绿洲，让超深渊狮子鱼的生存奇迹延续下去，正是所有探索的最终意义。
参考文献
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[12] 人民网. 突破深海7000米“地狱禁区” 狮子鱼身体结构很神奇[EB/OL]. 2019-04-22. https://finance.people.com.cn/n1/2019/0422/c1004-31041817.html.
[13] 湖南日报. 中国科学家揭秘深渊狮子鱼8000米之下的生存密码[EB/OL]. 2025-05-27. https://news.qq.com/rain/a/20250527A02WVO00.
作者简介：黄诗涵，厦门大学海洋与地球学院2025级本科生
本文由海洋负排放(ONCE)国际大科学计划、厦门大学碳中和创新研究中心支持
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