浙江
深海，這片覆蓋地球表面絕大部分區域的黑暗世界，長期面臨高壓、低溫與極度匱乏的食物資源。對于棲息于此的巨型動物而言，如何在長達數年的饑餓周期中維持龐大身軀的生存，一直是生物學上的難解之謎。此前研究發現，部分深海等足類生物（如大王具足蟲的近親）能夠耐受五年以上的極端饑餓，然而它們同時展現出顯著的體型巨大化趨勢——這一現象與經典生態學中的“深海巨大化”假說相關，卻與能量有限的生存環境構成顯著矛盾：巨型的身體需要大量能量維持，而深海食物稀少，迫使生物大幅降低基礎代謝率。如何調和這一“節能”與“耗能”之間的根本沖突，成為揭示深海巨型動物生存策略的關鍵。
2026年6月5日，中國科學院海洋研究所李富花研究員、相建海研究員、袁劍波研究員與香港中文大學朱嘉濠教授等團隊在《細胞》（Cell）雜志發表題為“Deep-sea megafauna co-ops microbial energy metabolism genes to withstand ultra-long starvation”的研究論文。該研究通過對兩種不同水深分布的深海等足類（超巨型種Bathynomus jamesi與巨型種Bathynomus doederleini）進行多組學比較，首次揭示了一種由水平基因轉移驅動的能量代謝調控新機制。
研究團隊首先對兩種等足類進行了形態、生理與基因組比較。生活于約900米深度的超巨型種B. jamesi體長可達23厘米以上，其胃部異常膨大，占據體腔約三分之二，內部充滿研磨細致的食物泥，顯示出“間歇性暴食”的策略；而生活于約300米深度的B. doederleini胃部明顯較小，食物殘渣有限。生理測定表明，B. jamesi的基礎代謝率顯著低于B. doederleini，其檸檬酸合酶和乳酸脫氫酶活性、活性氧水平及NADH/NAD?比值均更低，但單位組織總能量卻更高。基因組分析進一步發現，B. jamesi的氧化磷酸化復合體相關基因家族普遍收縮，與其低代謝表型一致。然而，令人意外的是，在其基因組中檢測到一個來自細菌的ND1基因——該基因編碼線粒體復合體I的一個亞基，且通過古老的水平轉移事件整合到宿主基因組中，并在深水種中發生了顯著的基因拷貝數擴增和超高表達，其中一份拷貝甚至成為該物種所有基因中表達量最高的一個。
研究進一步揭示，這種超高的表達并非隨機，而是受到表觀遺傳機制的精密調控。通過CUT&Tag測序分析組蛋白H3K9ac修飾，團隊發現B. jamesi胃組織中乙酰化修飾顯著增強，且三個ND1水平轉移基因拷貝的啟動子區域均存在特征性H3K9ac峰。與此同時，組蛋白乙酰轉移酶基因在B. jamesi基因組中發生特異性擴增，并在胃組織中高表達——這些修飾酶與ND1啟動子的乙酰化直接相關，形成了從酶到修飾位點再到靶基因的完整調控鏈。為了驗證ND1的功能，團隊在斑馬魚、線蟲和細胞系中進行了基因敲入實驗。在常溫（27°C）條件下，轉入ND1的斑馬魚饑餓后代謝加速、死亡率升高；但在低溫（18°C）誘導的低代謝狀態下，ND1轉入個體表現出更低的耗氧率、NADH/NAD?比值和活性氧水平，饑餓存活時間較對照組延長了37%。這一結果表明，ND1并非簡單地增強或抑制代謝，而是在低溫低代謝背景下重新編程能量分配，使機體能夠在能量有限時“精打細算”，優先保障生存。此外，研究還發現B. jamesi胃部富集了衣原體門微生物，這些共生菌缺乏三羧酸循環的關鍵酶，而宿主通過超高表達ND1可能補償了細菌的能量缺陷，同時細菌可能促進宿主脂肪合成與儲存，形成一種互利共生的“雙贏”模式。
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