不靠阳光和捕食，深海珊瑚的“神仙内循环”之谜被破解

xinwen.mobi · 发表于 2025-11-24 22:06:40

深海珊瑚的“神仙内循环”之谜被破解！
黑暗深海之下，珊瑚林悄然绽放，它们不靠阳光不捕食，却构筑出一片生命绿洲。

在伸手不见五指、低温高压且食物匮乏的深海，珊瑚如何构筑起生机勃勃的“秘密花园”？这个困扰学界多年的深海生存谜题，终于被中国科学家团队破解。

11月20日，中国水产科学研究院黄海水产研究所、香港科技大学、华大生命科学研究院联合团队在国际学术期刊《细胞宿主与微生物》发表重磅研究成果，首次系统揭示了伪交替深海黑珊瑚的生存智慧——它们依赖体内一套高效、稳定且功能互补的“共生系统”完美适应极端深海环境。

01 深海生存悖论：颠覆经典认知
提起珊瑚，人们脑海中首先浮现的是阳光照耀下浅海海域色彩斑斓的珊瑚礁。

这些浅海珊瑚的“生存法宝”早已为人熟知——体内共生的虫黄藻能通过光合作用，为宿主源源不断提供能量，形成“珊瑚—虫黄藻”的高效共生体系。

但深海环境完全颠覆了这一认知前提。

在200米以下的深海区域，阳光几乎无法穿透，虫黄藻的光合作用根本无从谈起。

更严苛的是，这里常年维持低温（通常低于4℃）、高压（每加深10米增加1个大气压）状态，上层海水飘落的“海雪”（海洋生物碎屑）等有机物极其稀少。

仅靠捡“残羹剩饭”难以支撑珊瑚的生长繁衍，更遑论构建复杂的生态系统。

02 破解谜题：构建“宿主-共生菌”全链条分析体系
为破解深海珊瑚的生存悖论，研究团队跳出传统海洋生物学单一分析框架，构建了融合多学科技术的“宿主—共生菌”全链条分析体系。

不同于传统研究仅关注单一微生物或宿主基因，该团队构建了涵盖宿主基因组、共生菌组成与多样性、优势共生菌基因组、空间定位、转录活性的全维度分析体系。

“成功的关键在于构建了以伪交替深海黑珊瑚为基础的‘研究模型’”。研究团队孟亮介绍，团队对来自南海与西太平洋跨不同水深与地理区域的14个样本进行系统分析。

通过原位杂交链式反应（HCR）等技术，首次清晰勾勒出共生菌在珊瑚体内的分布图谱和功能分工。

03 神仙队友：四大共生菌的精妙分工
研究团队对深海伪交替黑珊瑚体内的4种核心共生菌进行基因组测序与功能解析，重建了这4种共生菌的高质量基因组草图。

与传统认知中“杂乱无章的微生物聚居”不同，深海珊瑚体内的共生菌呈现出“精简高效、分工明确”的模块化特征，就像一支训练有素的“功能小队”。

氨氧化古菌担任“首席营养师”，是体系的核心，承担着“能量制造+废物处理”的双重职责。

珊瑚代谢产生的氨对自身具有毒性，而氨氧化古菌能高效氧化氨，同时以此为能量驱动有机碳、多种氨基酸和维生素的合成，直接供给宿主使用，实现了 “废物资源化”的闭环。

Ca.Bathybacter bathypathes是“金牌保健师”，这是一种从未被报道过的新共生菌群，堪称珊瑚的“健康管家”。

它能合成血红素、硫辛酸等关键活性物质，既为宿主补充营养，又能增强珊瑚的抗氧化应激能力，抵御深海环境中的氧化损伤。

两种柔膜菌（Ca.Bathyplasma bathypathes和Ca.Thalassoplasma bathypathes）则扮演着“双重保镖”的角色。

深海并非“无菌净土”，病毒等病原体无处不在。这两种柔膜菌进化出了精准的防御机制：一种携带Ⅱ型CRISPR/Cas系统，另一种拥有3种限制—修饰（R-M）系统，二者协同构筑起“双重防火墙”，有效抵御病毒入侵。

04 免疫智慧：动态平衡术维系共生和谐
学界始终有一个疑问：对于体内寄生着的大量微生物，珊瑚为何不将它们当作“入侵者”清除？这背后，正是珊瑚独特的“免疫智慧”，维系着共生体系的稳定运行。

团队通过分子机制解析，构建了宿主调控共生菌稳态的 “动态平衡模型” 。

研究发现，珊瑚的内/外胚层细胞会通过TLR13等模式识别受体，像“监控探头”一样实时监测共生菌的数量和状态。

当菌群数量过多时，受体就会通过MyD88接头蛋白激活信号通路，诱导TNF-α等因子表达，招募中胶层的变形细胞对多余细菌进行“可控吞噬”。

不仅能清除过量菌群，还能将其消化转化为营养物质，实现“清理+回收”双重效果。

05 深海生态系统：从“珊瑚礁生态泵”到“神仙内循环”
实际上，这并不是中国科学家首次在珊瑚礁生态研究领域取得突破性进展。2023年，中国科学院南海海洋研究所就提出了 “珊瑚礁生态泵”概念，阐释了珊瑚礁生态系统聚集吸收外部营养、保持并循环利用内部营养、高效输出有机碳的生态功能。

该概念指出，就像水支持沙漠中的绿洲一样，贫瘠热带海洋中的珊瑚礁生态系统具有多途径补给和高效循环营养物质的功能，以及可观的有机质输入与输出。

而最新的深海珊瑚“神仙内循环”研究，则从微观层面揭示了深海珊瑚在极端环境下的生存策略，填补了深海生态系统认知空白。

在深海中，除了珊瑚的“神仙内循环”，还存在着其他不依赖阳光的生态系统，如深海热液和冷泉生态系统，它们依靠化能合成作用支撑生命活动。

“一鲸落，万物生”的鲸落现象，也为深海生物提供了重要的食物来源。

但这些深海生态系统都依赖外部能量输入，而深海珊瑚的独特之处在于，它完全依赖体内共生菌实现自给自足。

伪交替深海黑珊瑚的生存策略，让人不禁想起一句古语：“麻雀虽小，五脏俱全”。这些深海珊瑚体内的共生系统虽成员不多，却个个是精英，各司其职。

它们构筑起覆盖营养供给、解毒、防御、稳态维持的全链条服务。

在黑暗的深海世界里，这套精妙的“神仙内循环”系统，正是生命适应极端环境的终极智慧。

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