在伸手不見五指、低溫高壓且食物匱乏的深海環(huán)境中，珊瑚究竟如何構(gòu)筑起自己生機勃勃的“花園”？這個困擾學(xué)界多年的珊瑚深海生存謎題，如今終于有了答案。

　　日前，由中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所、香港科技大學(xué)、華大生命科學(xué)研究院組成的聯(lián)合團隊，首次系統(tǒng)揭示了偽交替深海黑珊瑚的生存智慧——它們依賴體內(nèi)一套高效、穩(wěn)定且功能互補的共生系統(tǒng)，完美地適應(yīng)了極端深海環(huán)境。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞宿主與微生物》上。

　　構(gòu)建全鏈條分析體系

　　提起珊瑚，人們首先想到的是淺海海域中色彩斑斕的珊瑚。這些淺海珊瑚的“生存法寶”早已為人熟知——它們體內(nèi)共生的蟲黃藻能通過光合作用，為宿主源源不斷提供能量，形成“珊瑚—蟲黃藻”的高效共生體系。這也成為學(xué)界對珊瑚生存機制的基礎(chǔ)認(rèn)知。

　　然而，在200米以下的深海區(qū)域，陽光幾乎無法穿透，蟲黃藻的光合作用根本無法開展。更為嚴(yán)峻的是，深海區(qū)域常年維持低溫(通常低于4℃)、高壓(每加深10米增加1個大氣壓)狀態(tài)，上層海水飄落的海洋生物碎屑等有機物極其稀少，僅靠“撿殘羹剩飯”，深海珊瑚根本難以維持自身的生長與繁衍，更不用說構(gòu)建復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)了。

　　“深海珊瑚既不能像淺海同類那樣依賴蟲黃藻的光合作用，又缺乏充足的外源食物，卻能長期存活并形成群落。”研究團隊成員、華大生命科學(xué)研究院研究員孟亮說，這背后必然存在一種未被發(fā)現(xiàn)的特殊適應(yīng)機制。

　　此前有研究推測深海珊瑚可能依賴體內(nèi)微生物生存，但微生物與宿主之間如何分工協(xié)作，構(gòu)建穩(wěn)定體系，始終是一個未解之謎。

　　為破解這一謎題，研究團隊跳出傳統(tǒng)海洋生物學(xué)單一分析框架，構(gòu)建了一套融合多學(xué)科技術(shù)的“宿主—共生菌”全鏈條分析體系。不同于傳統(tǒng)研究僅關(guān)注單一微生物或宿主基因，該團隊構(gòu)建了涵蓋宿主基因組、優(yōu)勢共生菌基因組等在內(nèi)的全維度分析體系，為精準(zhǔn)解析深海珊瑚共生機制提供了技術(shù)支撐。

　　“我們成功的關(guān)鍵在于構(gòu)建了以偽交替深海黑珊瑚為基礎(chǔ)的研究模型。”孟亮介紹，團隊對來自南海與西太平洋的跨不同水深與地理區(qū)域的14個偽交替深海黑珊瑚樣本進(jìn)行了系統(tǒng)分析。通過原位雜交鏈?zhǔn)椒磻?yīng)等技術(shù)，首次清晰勾勒出共生菌在珊瑚體內(nèi)的分布圖譜和功能分工情況。與傳統(tǒng)認(rèn)知中“雜亂無章的微生物聚居”不同，深海珊瑚體內(nèi)的共生菌呈現(xiàn)出“精簡高效、分工明確”的模塊化特征，就像一支訓(xùn)練有素的功能小隊，共同構(gòu)建起珊瑚的生存保障體系。

　　　“神仙隊友”各司其職

　　研究團隊對偽交替深海黑珊瑚體內(nèi)的4種核心共生菌進(jìn)行了基因組測序與功能解析，重建了這4種共生菌的高質(zhì)量基因組草圖，進(jìn)而揭開了偽交替深海黑珊瑚共生體系的運作奧秘——珊瑚體內(nèi)的“神仙隊友”雖成員不多，卻個個是精英，各司其職，構(gòu)建起覆蓋營養(yǎng)供給、解毒、防御、穩(wěn)態(tài)維持的全鏈條服務(wù)體系。

　　其中，氨氧化古菌是“首席營養(yǎng)師”。作為體系的核心成員，它承擔(dān)著“能量制造+廢物處理”的雙重職責(zé)。珊瑚代謝產(chǎn)生的氨對自身具有毒性，而氨氧化古菌能夠高效氧化氨，同時以此為能量驅(qū)動有機碳、多種氨基酸和維生素的合成，并將這些合成產(chǎn)物直接供給宿主珊瑚使用，實現(xiàn)了“廢物資源化”的閉環(huán)。

　　一種此前從未被報道過的新共生菌群(Ca.Bathybacter bathypathes)作為“金牌保健師”，堪稱珊瑚的“健康管家”。它能合成血紅素、硫辛酸等關(guān)鍵活性物質(zhì)，既為宿主珊瑚補充營養(yǎng)，又能增強珊瑚的抗氧化應(yīng)激能力，幫助珊瑚抵御深海環(huán)境中可能遭遇的氧化損傷。

　　深海并非無菌凈土，病毒等病原體無處不在。珊瑚體內(nèi)的兩種柔膜菌就像保鏢一樣，進(jìn)化出了精準(zhǔn)的防御機制：一種攜帶Ⅱ型CRISPR/Cas系統(tǒng)，另一種擁有3種限制—修飾系統(tǒng)，二者協(xié)同構(gòu)筑起“雙重防火墻”，有效抵御病毒入侵。

　　值得注意的是，這些共生菌并非隨機聚集，而是高度集中在珊瑚的中膠層。“中膠層具有良好的通透性，且富含變形細(xì)胞，這為共生體系提供了完美的‘運作平臺’。”孟亮解釋，這里既能實現(xiàn)營養(yǎng)物質(zhì)的雙向擴散，又能為共生菌提供安全微環(huán)境，使得多種功能能夠在同一空間內(nèi)高效協(xié)同發(fā)揮作用。

　　　免疫調(diào)控達(dá)到動態(tài)平衡

　　學(xué)界始終有一個疑問：珊瑚體內(nèi)寄生著大量微生物，為何珊瑚不將它們當(dāng)作入侵者清除？這背后，正是珊瑚獨特的“免疫智慧”在發(fā)揮作用，維系著共生體系的穩(wěn)定運行。

　　研究團隊通過分子機制解析，構(gòu)建了宿主調(diào)控共生菌穩(wěn)態(tài)的“動態(tài)平衡模型”。研究發(fā)現(xiàn)，珊瑚的內(nèi)/外胚層細(xì)胞會通過模式識別受體實時監(jiān)測共生菌的數(shù)量和狀態(tài)。當(dāng)菌群數(shù)量過多時，這些模式識別受體就會通過MyD88接頭蛋白激活信號通路，進(jìn)而誘導(dǎo)TNF-α等因子表達(dá)，招募中膠層的變形細(xì)胞對多余細(xì)菌進(jìn)行“可控吞噬”。這不僅能清除過量菌群，還能將其消化轉(zhuǎn)化為營養(yǎng)物質(zhì)。此外，C型凝集素、清道夫受體等還會參與精細(xì)調(diào)控，確保菌群數(shù)量始終維持在最優(yōu)水平。

　　“這種適度調(diào)控而非徹底清除的免疫策略，是共生體系長期穩(wěn)定的核心保障�！泵狭琳f，這一發(fā)現(xiàn)首次揭示了深海珊瑚與共生菌和諧共處背后的分子邏輯，闡明了營養(yǎng)供給、氨解毒、抗氧化、病毒防御以及免疫穩(wěn)態(tài)多重功能耦合的分子邏輯，為理解深海生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)、評估生物對極端環(huán)境的適應(yīng)潛力和生態(tài)系統(tǒng)韌性提供了理論框架，將助力深海生物多樣性評估和深海生物功能基因資源挖掘。