相信絕大部分小伙伴都曾想過「如果不吃不喝，我能長期生存下去嗎？」深海中有著這樣一群生物：體長半米，卻能做到「吃一頓飯，管飽五年」。這背后究竟隱藏著怎樣的進化奇跡？

2019 年，中國科學(xué)院海洋研究所李富花研究員團隊利用蝦基因組破譯了蝦適應(yīng)海底生活和頻繁蛻皮的遺傳基礎(chǔ)（Nat Commun，2019.1.21），2025 年底，他們通過單核 RNA 測序，在蝦中發(fā)現(xiàn)了一種功能與脊椎動物淋巴器官驚人相似的細胞結(jié)構(gòu)，這一發(fā)現(xiàn)引發(fā)了關(guān)于無脊椎動物是否也進化出免疫器官的爭論（J Adv Res，2025.11.15）。2026 年，該團隊又提出了另一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)：抑制脊椎動物肌肉生長的 GDF8 已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖偌铀傥r生長的生長因子 (Int J Biol Macromol，2026.4.25）。這些研究收集了大量有關(guān)甲殼類動物基因組和表觀遺傳學(xué)的數(shù)據(jù)，為后來闡明深海貝類的「生存悖論」奠定了基礎(chǔ)。

最新研究

昨日，中國科學(xué)院海洋研究所實驗海洋生物學(xué)實驗室李富花、相建海團隊聯(lián)合香港中文大學(xué)的朱嘉濠團隊在 Cell 上發(fā)表最新成果，該研究通過研究深水種等足類生物：深海水虱，解答了這一問題。

圖 1：文章來源（Cell）

https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00571-4

這種生物體型巨大（長達半米），但僅靠一頓飯仍能存活五年以上，這代表了一種神奇的「能量悖論」，盡管在深海幾乎沒有食物，龐大的身體卻快速消耗能量。研究人員首次根據(jù)經(jīng)驗觀察到，深水種等足類進化出了兩種策略：第一種是將胃巨大擴大到體腔的三分之二左右，這使它們能夠大量進食，第二種策略是基礎(chǔ)代謝急劇減慢，檸檬酸合酶和乳酸脫氫酶的活性下降，活性氧和 NADH/NAD+ 的比例也下降，與線粒體氧化磷酸化有關(guān)的基因簇明顯減少。

圖 2：棲息于不同深度的等足類動物

但這些內(nèi)部調(diào)整還不夠，終于研究人員在基因組中發(fā)現(xiàn)了一個關(guān)鍵線索：ND1 基因。該基因是線粒體復(fù)合體 I 亞基的一部分，但本身深水種等足類最初并不擁有它。他們很久以前通過「水平遷移」從衣原體等細菌那里遺傳下來，在深海群體中這種 ND1 基因已經(jīng)復(fù)制了多達五次，其中四個拷貝具有極高的表達量，它屬于所有基因中最活躍的 1%，在胃、肝胰腺、神經(jīng)和肌肉等組織中被廣泛復(fù)制。但生活在淺水區(qū)的物種擁有該基因的拷貝數(shù)較少，其表達量較低，幾乎完全無活性。

圖 3：兩種等足類動物中 ND1 水平轉(zhuǎn)移基因的系統(tǒng)發(fā)育樹

進一步研究發(fā)現(xiàn)，ND1 的這種過度表達通過基因啟動子區(qū)一種稱為組蛋白乙酰化（H3K9ac）的機制被高度激活，宿主對此做出反應(yīng)，并使參與乙酰化的酶的數(shù)量大幅增加。為了證實 ND1 的重要性，研究小組創(chuàng)造了轉(zhuǎn)基因斑馬魚，在 27°C 的室溫下喂食 ND1 的魚表現(xiàn)出比平時明顯更高的能量代謝，但當水溫降至 18°C 時，與深海底部的溫度相似，攜帶 ND1 的個體即使在饑餓狀態(tài)下存活時間也明顯更長（高達 37%！），且他們的體重幾乎沒有下降，原因是其耗氧量適中，更進一步的說便是 NADH/NAD+ 比率和略微升高的活性氧濃度保持穩(wěn)定。

圖 4：通過組蛋白乙酰化對 ND1 超高水平表達的特異性調(diào)控

尾聲

在本研究中，作者使用斑馬魚、線蟲和細胞模型來研究 ND1 的功能。不幸的是，這些模型無法完美再現(xiàn)高壓（約 10 MPa）和低溫（約 4°C）的現(xiàn)實環(huán)境。ND1 的確切分子信號通路尚未完全闡明。雖然之前的研究主要集中在內(nèi)源性基因的擴增上，但發(fā)現(xiàn)的 ND1 是一個從外部來源水平轉(zhuǎn)移并通過表觀遺傳機制過度表達的基因 —— 這是一個極其罕見的案例，即使在后續(xù)臨床應(yīng)用中使用 ND1 來調(diào)節(jié)人類代謝，也會面臨三大挑戰(zhàn)：不同物種之間的基因轉(zhuǎn)移是否功、外源基因是否會引發(fā)免疫反應(yīng)以及室溫下代謝是否會過度激活。然而，對本土實驗室啟發(fā)的角度來看，這項研究顯示了一個有希望的模型，在不作為模式生物且生活在極端環(huán)境中的生物中發(fā)現(xiàn)進化創(chuàng)新，其有望取得比確認模式生物中已知代謝途徑更大的成功。其中最重要的基礎(chǔ)是整合基因組資源和多組學(xué)能力。

參考文獻：

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3.Sun M, Li S, Liu Y, Li F. Single-nucleus RNA sequencing illuminates a functional analog of lymphoid organ in crustacean. J Adv Res. 2025.

4.Yuan JB, Zhang XJ, Li FH. Deep-sea megafauna co-opts microbial energy metabolism genes to withstand ultra-long starvation. Cell. 2026.