网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

广州海洋实验室钱培元团队揭示深海化能共生体系应对环境变化的分级适应机制!

0
分享至

南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)[简称广州海洋实验室]钱培元教授领导的研究团队与国内外多个团队开展合作,在深海化能共生体系应对环境变化的机制研究方面取得重要进展。研究团队通过深海原位移植实验,结合多组学、分子生物学和细胞生物学等技术,揭示了深海化能共生生物应对硫化氢供应变化的“分级适应”机制:共生菌首先通过代谢重编程调整能源利用策略,宿主则根据环境胁迫程度调节共生菌的维持与周转,同时宿主与共生菌之间可能通过代谢物转化形成资源互补,从而共同维持共生体系的能量稳态。研究成果近日发表于国际知名期刊《Science Advances》,论文题为“In situ evidence of tiered adaptations buffering a chemosynthetic clam holobiont against environmental sulfide fluctuations”。


在深海热液喷口、甲烷冷泉等化能合成生态系统中,硫化氢是支撑生物群落的重要化学能源,但其供应会受到深海地质活动、流体渗漏强度以及沉积物中厌氧甲烷氧化等多种过程影响而发生显著波动。对于依赖化能共生关系生存的深海动物而言,如何应对这种能源变化,是理解其长期生存以及深海生态系统稳定性的关键科学问题。然而,由于深海环境难以进行原位操控,过去科学界对于宿主及其共生菌如何在自然环境中协同应对能源波动,一直缺乏直接的实验依据。南海海马冷泉区具有多个处于不同发育阶段的渗漏位点,为研究深海生物适应环境变化提供了理想的“天然实验室”。研究团队选取海马冷泉优势蛤类——白瓜贝(Archivesica marissinica)及其硫氧化共生菌作为研究对象,在HM-2和HM-3两个冷泉位点开展深海原位移植实验。研究人员将白瓜贝从原生沉积物环境移植至距离海底约0.5米以上的移植笼中,使其无法继续直接接触富含硫化氢的沉积物,以模拟硫化氢供应下降、进而导致化学能源和营养供应减少的环境,其中HM-2的硫化氢限制程度较高,而HM-3相对温和。通过这一原位实验体系,研究人员得以观察宿主—共生菌体系在不同程度能源限制条件下的真实分子和细胞响应。


图1. 南海海马冷泉区白瓜贝原位移植培养实验

研究发现,硫化氢供应减少后,共生菌首先出现显著的代谢重编程。转录组和蛋白组分析显示,与硫氧化相关的dsrAB、aprAB和sat等通路受到抑制,而与硫代硫酸盐氧化相关的soxXYZ基因簇表达上调,表明当主要能源硫化氢受到限制时,共生菌能够调整硫氧化代谢策略,并可能增强对硫代硫酸盐等替代能源的利用能力,从而帮助维持能量代谢和碳固定功能。这种代谢可塑性可能构成共生体系应对短期硫化氢限制的第一道防线。与此同时,研究还发现宿主能够根据环境胁迫程度对共生菌进行动态调控。在硫化氢限制相对温和的HM-3位点,共生菌数量基本保持稳定,而宿主内体成熟(endosomal maturation)及内体—溶酶体融合(endosome-lysosome fusion)相关通路受到抑制,提示宿主可能降低对共生菌的细胞内降解和周转,从而优先维持稳定的共生关系;而在硫化氢限制更为严重的HM-2位点,共生菌数量明显下降,透射电子显微镜观察亦发现溶酶体对共生菌的消化现象,提示在严重资源限制条件下,宿主可能通过增加共生菌周转,在一定程度上获取有限的营养资源。这些结果表明,宿主并非简单地维持或清除共生菌,而是能够根据环境能源供应状况动态调整共生菌的维持与周转。


图2. 硫化氢供给减少对白瓜贝的共生菌基因表达和蛋白质丰度的影响

研究团队进一步发现,白瓜贝鳃组织具有较强的硫代谢能力,并高度表达硫代硫酸盐硫转移酶(TST)等关键酶。TST能够参与将具有毒性的硫化氢转化为硫代硫酸盐,而硫代硫酸盐又可被硫氧化共生菌用于能源代谢。结合共生菌soxXYZ基因簇在硫化氢限制条件下的表达上调,研究结果提示,宿主在硫化氢解毒过程中产生的硫代硫酸盐可能成为共生菌可利用的替代能源,由此形成潜在的“宿主解毒—共生菌利用”代谢协同效应,为理解深海宿主与共生菌如何通过代谢互补共同应对能源受限环境提供了新的证据。此外,研究团队还探讨了白瓜贝血红蛋白在气体运输中的潜在作用。血红蛋白Hb1和Hb2主要分布于血细胞,并在足部和鳃组织中具有较高表达;蛋白质结构预测和分子对接结果显示,相关血红蛋白复合体对硫氢根的预测结合能力略高于其对氧气的结合能力,提示血红蛋白复合体可能参与硫化氢和氧气的结合与运输,为进一步解析深海化能共生动物体内化学能源和氧气的运输机制提供了新的分子线索。


图3. 宿主白瓜贝血红蛋白硫化氢结合能力分析

综合上述发现,研究团队认为,白瓜贝及其共生菌形成了一种多层分级适应机制,使深海化能共生体系能够随着环境胁迫程度的变化,动态调整资源分配策略,从而在深海极端环境中维持正常的生理功能和生存。这项研究所建立的深海原位实验模式,也为研究深海生物如何对自然环境变化产生真实的分子和细胞响应提供了新的研究路径。深海冷泉是全球海洋碳循环和化学能量转换的重要场所,深入理解冷泉生物对环境变化的适应机制,有助于揭示深海生态系统的运行规律,并为认识全球变化背景下深海生态系统的稳定性、韧性和生物多样性提供重要科学依据。

本研究由广州海洋实验室、香港科技大学、中国海洋大学、中国科学院海洋研究所及加拿大卡尔加里大学合作完成。论文共同通讯作者为钱培元教授、孙进教授和Casey Hubert教授;共同第一作者包括兰奕博士、闫国永博士和王昊研究员。该研究也是联合国认可的国际大科学计划CliMetS和MOCSI框架下的重要科研成果。两个计划聚焦全球冷泉甲烷渗漏及冷泉界面的科学研究、国际合作与协同观测,汇聚来自多个国家和地区的科研力量,致力于推动深海冷泉生态系统、甲烷循环及其对环境变化响应机制的研究。


  • 信息来源:广州海洋实验室。

    转载请注明信息来源及海洋知圈编排。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
日本为什么忌惮朝鲜!第一,朝鲜境内没有日企,人家不稀罕。第二,朝鲜人也不用日本的东西,你在朝鲜也几乎看不见日货

日本为什么忌惮朝鲜!第一,朝鲜境内没有日企,人家不稀罕。第二,朝鲜人也不用日本的东西,你在朝鲜也几乎看不见日货

扶苏聊历史
2026-10-11 11:35:08
职称倒查问责全面开启,很多人要瑟瑟发抖了!

职称倒查问责全面开启,很多人要瑟瑟发抖了!

职场资深秘书
2026-10-19 15:05:04
医生直言:一片西地那非在你体内走了一趟,干了5件事你未必知道

医生直言:一片西地那非在你体内走了一趟,干了5件事你未必知道

健康之光
2026-07-22 14:53:21
微信又迎来新功能更新,这个烦人东西终于可以关掉了!

微信又迎来新功能更新,这个烦人东西终于可以关掉了!

XCiOS俱乐部
2026-10-17 22:18:27
负债千亿!有省会城市地铁,开始暴雷了?

负债千亿!有省会城市地铁,开始暴雷了?

西部城市
2026-10-19 13:02:51
12.8亿卖掉总统,卖掉工厂,卖掉国家,两年后两发子弹穿胸而过

12.8亿卖掉总统,卖掉工厂,卖掉国家,两年后两发子弹穿胸而过

墨策讲历史
2026-08-21 19:27:44
几乎全是假货!利润高达2400%,为何有些消费者前赴后继争相购买

几乎全是假货!利润高达2400%,为何有些消费者前赴后继争相购买

锅锅爱历史
2026-10-19 18:56:51
世体:伯纳乌再次出现丑闻,裁判不敢在国家德比前罚下居莱尔

世体:伯纳乌再次出现丑闻,裁判不敢在国家德比前罚下居莱尔

冷桂零落
2026-10-19 11:50:28
不管你信不信,能吃能喝的老人,基本在71岁,已经不做这4件事了

不管你信不信,能吃能喝的老人,基本在71岁,已经不做这4件事了

新时代的两性情感
2026-10-19 03:06:11
金鸡奖提名惹众怒!辛芷蕾遗憾出局,宋佳凭女配戏份冲三封太离谱!

金鸡奖提名惹众怒!辛芷蕾遗憾出局,宋佳凭女配戏份冲三封太离谱!

情感大头说说
2026-10-19 19:09:01
凡尔赛 C5 X 想通了!价格直降万,最低起售价 8.17 万

凡尔赛 C5 X 想通了!价格直降万,最低起售价 8.17 万

汽车网评
2026-10-19 19:04:13
两部门:对盾构机等物项实施出口管制

两部门:对盾构机等物项实施出口管制

界面新闻
2026-10-19 15:05:32
出大事了!48页举报信砸向刘国梁,乒联破天荒接招,这是咋回事?

出大事了!48页举报信砸向刘国梁,乒联破天荒接招,这是咋回事?

清衣渡a
2026-10-19 18:06:19
“辜负了祖国的嘱托”,中国留学生在莫斯科大学课堂身披旭日旗,本人鞠躬道歉

“辜负了祖国的嘱托”,中国留学生在莫斯科大学课堂身披旭日旗,本人鞠躬道歉

扬子晚报
2026-10-19 10:40:32
表面是最年轻的女市长,实则是电诈头目,多名中国人被她折磨致死

表面是最年轻的女市长,实则是电诈头目,多名中国人被她折磨致死

新时代精神
2026-10-05 02:09:44
国务院学位办发布《关于做好专业学位研究生以实践成果申请学位工作的意见》

国务院学位办发布《关于做好专业学位研究生以实践成果申请学位工作的意见》

新京报
2026-10-19 13:47:05
这才是刚走完长征的毛主席,照片由美国人拍摄,满脸憔悴瘦脱了相

这才是刚走完长征的毛主席,照片由美国人拍摄,满脸憔悴瘦脱了相

大运河时空
2026-07-21 15:50:03
Codex崩溃日志323GB:Bug从6月拖至今

Codex崩溃日志323GB:Bug从6月拖至今

碳基打工人
2026-10-19 03:02:47
离谱用人!穆里尼奥执意雪藏皇马天才!伯纳乌奇兵惨遭弃用

离谱用人!穆里尼奥执意雪藏皇马天才!伯纳乌奇兵惨遭弃用

奶盖熊本熊
2026-10-19 07:49:39
13分钟抢空!1.6万人线上排队,梅西重返西班牙,奥维耶多一票难求

13分钟抢空!1.6万人线上排队,梅西重返西班牙,奥维耶多一票难求

友谊第一
2026-10-19 12:11:38
2026-10-20 06:55:00
海洋知圈 incentive-icons
海洋知圈
知晓海洋;探知海洋 。
18198文章数 8815关注度
往期回顾 全部

科技要闻

王晟:近千亿资金涌入后 具身智能开始退烧

头条要闻

中国留学生披旭日旗事件最新进展:目前已被遣返

头条要闻

中国留学生披旭日旗事件最新进展:目前已被遣返

体育要闻

从NBA退役10年后,他真去警局上班了

娱乐要闻

奚梦瑶回应重返维密:还是很开心的

财经要闻

黄奇帆之子往事:从广微系到魏桥的跳跃

汽车要闻

不知道二代海鸥多好玩? 上赛道跑两圈 很过瘾的

态度原创

健康
教育
房产
本地
公开课

看着很健康的人,怎么会突然猝死?

教育要闻

南京中考会取消吗?上海崇明“试点高中登记入学”刷屏后,我们来聊聊南京的真实走向

房产要闻

最新房价:海口,三亚齐跌!

本地新闻

因新荣记出圈,这座浙东小城才是吃货天堂

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版