外来基因立大功！我国科学家破解深海“绝食冠军”生存密码
外来基因立大功！我国科学家破解深海 “绝食冠军” 生存密码
近日，中国科学院海洋研究所联合香港中文大学、西北工业大学等多家单位，成功揭开深海水虱兼具巨型体型与超强耐饥饿能力的生物学未解谜题。研究阐明了它们适应寡营养极端环境的分子机制，相关成果以长文形式发表于国际期刊《细胞》，为深海极端环境生命适应性研究开辟了全新方向。
深海水虱是典型的深海巨型甲壳动物，早在2014年，其人工饲养状态下可绝食五年以上依然存活的现象，便引发全球广泛关注。深海终年黑暗、水温偏低、食物资源极度匮乏，长期饥饿是当地生物生存面临的巨大考验。而深海水虱还遵循柯普-伯格曼法则，栖息深度越深，体型愈发庞大。庞大身躯意味着更高的能量消耗，可它们却能在食物短缺的环境中长期生存，这一“能量悖论”多年来始终是深海生物学领域的未解难题。
为破解谜题，海洋所团队依托深海采样获取詹姆斯深水虱等研究样本，结合多层次组学分析、形态解剖与多物种功能验证开展系统研究。
研究发现，深海水虱首先演化出“开源节流”的生存策略：它的胃部容积可达自身体积的三分之二，远大于浅海近缘物种，可一次性大量储存食物。其胃部微生物群落结构也发生特异性改变，消化类菌群占比下降，能够助力脂质储存的衣原体大量富集，进而形成专属储能器官脂肪体，放缓食物消耗速度。同时，深海水虱进化出极低的基础代谢率，进一步延长食物供给周期，依靠“一次性暴食、长期慢消耗”的模式应对食物匮乏。
在此基础上，团队锁定了决定其超强耐饿能力的关键基因ND1。该基因并非深海水虱自身固有，而是通过水平基因转移从共生细菌中获得，且突破了外源基因的表达限制，不仅在演化过程中发生基因拷贝数加倍，转录表达量也处于全基因组顶尖水平。研究证实，组蛋白乙酰化这一表观遗传修饰，是驱动 ND1 超高表达的核心调控方式，形成了精准高效的基因表达调控体系。
研究人员利用斑马鱼、线虫、人类 293T 细胞开展活体与细胞功能实验，还原了 ND1 的作用机制。实验显示，常温环境下，转入 ND1 的模式生物能量代谢加快，耐饥饿能力不升反降；而在模拟深海的低温环境中，该基因可有效抑制能量代谢、降低线粒体活性，使斑马鱼耐饥饿能力提升 37%。这也解释了 ND1 如何巧妙平衡 “巨型体型的高能量需求” 与 “深海环境的低代谢要求”。
据悉，研究首次提出，深海巨型生物依靠水平基因转移结合表观遗传转录优化，重编程体内能量分配的全新进化策略，解答了困扰学界已久的能量悖论，刷新了人类对高等动物适应极端环境机制的传统认知。
该研究获得山东省自然科学基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划等多项项目资助。
论文相关信息：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.05.012