《Cell》杂志以封面专辑形式发表了“溟渊计划”（马里亚纳海沟环境与生态研究计划，英文简称“MEER计划”）第一阶段研究成果。上海交通大学生命科学技术学院/微生物代谢全国重点实验室、深部生命国际研究中心主任肖湘教授带领团队，依托我国自主研发的“奋斗者”号载人潜水器，在人类最少到达的极端环境——压力高达1100个大气压的深渊极端环境下，实现了人类首次对深渊沉积物微生物及其生态过程的系统研究，向世界展现了一幅由中国科学家绘制的海洋最深生态系统图。
研究成果以“Microbial ecosystem and ecological driving forces in the deepest ocean sediments”为题发表在《Cell》杂志上。百迈客生物为该研究提供了测序服务。
Microbial ecosystem and ecological driving forces in the deepest ocean sediments
研究背景
深渊区（水深超6,000米，或根据联合国教科文组织定义为水深超过6500米）占海洋垂直深度的45%，以极端高压（110兆帕）、低温（接近冰点）、黑暗及有机质稀缺为特征。尽管环境严酷，这里却孕育了独特的生物群落，如凝胶状鱼类、端足类甲壳动物及依赖化能合成的微生物。这些生物通过基因和代谢途径的适应性进化，成为研究生命极限的范本。
从1960年起，人类对深渊的探索历程一直伴随着巨大的代价和牺牲，也为现代深渊研究奠定了基础。直至中国“奋斗者号”全海深载人潜水器的出现（2020年创下10,909米下潜纪录），深渊科考进入新阶段。其220公斤有效载荷、高速水声通信系统及高国产化率，显著提升了采样精度与效率。
研究内容及结果
构建首个海洋最深生态系统图景
上海交通大学肖湘团队，作为全球深海高压微生物领域极少数至今在研的科学团队，与中国科学院深海科学与工程研究所等国内多家科研单位共同参加了“奋斗者”号载人潜水器TS21航次，探索了马里亚纳海沟、雅浦海沟和菲律宾海盆6000-11000米水深区域，其中雅浦海沟最深点为人类首次探索，采集了包括水体、沉积物、宏生物、岩石等千余份样本。
通过对采集的1，648份沉积物样本进行宏基因组测序，研究人员鉴定7,564个原核微生物物种，其中89.4%为未报道的新物种，这说明深渊微生物具有超乎想象的物种新颖性，尽管深渊调查区域的面积不足全球海洋的亿分之一，其物种多样性与已知的全球海洋微生物多样性相当，说明在最深海域超高压下微生物异常繁荣。
为解释深渊微生物的异常繁荣，肖湘团队构建了一种新的基于宏基因组的生态分析流程，将环境生态驱动过程与微生物基因组特征和代谢偏好结合起来，发现深渊微生物通过“精简型”和“多能型”两种截然不同的深渊环境适应策略，支撑了高新颖性的微生物生态系统。基于大数据对深渊微生物环境适应的认知，率先突破了国际深海高压生命研究长达40年的瓶颈。
图1.深渊微生物的超高新颖性和多样性及其生态成因
构建全球唯一的深渊微生物数据库
“溟渊计划”构建的全球唯一的深渊微生物数据库，总数据量与过去十年海洋微生物积累的总数据量相当，研究发现的深渊微生物出人意料的超高新颖性和多样性，展现了深渊生命的新资源潜能，可能帮助人类解决当前面临的常规环境生物资源枯竭的困境。
“溟渊计划”微生物数据集将依托国产数据库向全球开放共享，呼吁国内外研究学者协力攻坚深渊环境与生命的重大科学问题，拓展人类对深部生命的认知边界。
图2.全球唯一深渊微生物数据库
该研究专题报道了深渊研究的重大进展，样本分析显示出较高的分类新颖性，为我们呈现了一个海洋深处极度繁荣的生态系统。重点研究了深渊生态系统，包括深渊微生物、深渊无脊椎动物（钩虾）和深渊脊椎动物（鱼类）的特征与环境适应，从而描绘了深渊特殊的食物链：从微生物到钩虾再到鱼类。发现了深渊存在跨越物种边界的深渊环境“共适应”策略。
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