近日，中國科學(xué)院海洋研究所科研團(tuán)隊(duì)在動(dòng)物深海極端環(huán)境適應(yīng)機(jī)制研究方面取得突破性進(jìn)展，國際上首次揭示了深海熱液動(dòng)物賀氏擬阿爾文蟲“以毒攻毒”的獨(dú)特適應(yīng)機(jī)制。
據(jù)介紹，大洋板塊交界處，巖漿加熱的高溫海水?dāng)y帶著高濃度的硫化氫、重金屬等有毒物質(zhì)，從海底裂隙中噴涌而出，形成了獨(dú)特的深海熱液生態(tài)系統(tǒng)。熱液噴口附近的生態(tài)環(huán)境對(duì)大多數(shù)生物而言過于嚴(yán)酷，但阿爾文蟲卻能在高溫、高硫化氫和高重金屬的極端環(huán)境中繁衍生息并形成高密度群落。因此“阿爾文蟲如何抵御環(huán)境毒素、適應(yīng)極端環(huán)境”一直是學(xué)界高度關(guān)注的科學(xué)問題。
依托“科學(xué)”號(hào)科考船深海熱液科考航次，團(tuán)隊(duì)深入研究了沖繩海槽熱液區(qū)阿爾文科賀氏擬阿爾文蟲。研究發(fā)現(xiàn)該物種具有諸多獨(dú)特特征：
一是它們呈現(xiàn)出罕見的亮黃色體色，其表皮細(xì)胞中分布的大量黃色顆粒是其體色來源；
二是賀氏擬阿爾文蟲是棲息位置最接近熱液噴口的動(dòng)物，相比之下鎧甲蝦、貽貝等常見熱液動(dòng)物只能生活在更遠(yuǎn)處；
三是賀氏擬阿爾文蟲體內(nèi)富集了大量無機(jī)砷，部分個(gè)體中砷含量竟高達(dá)體重的1%，但它們卻能在超高濃度砷環(huán)境下安然無恙。
A:賀氏擬阿爾文蟲生活的深海熱液煙囪，其中A’顯示熱液噴口附近的賀氏擬阿爾文蟲群落；B:賀氏擬阿爾文蟲個(gè)體；C和D:賀氏擬阿爾文蟲軀干及頭冠皮下表的亮黃色顆粒。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，賀氏擬阿爾文蟲表皮細(xì)胞內(nèi)的黃色顆粒主要由砷和硫構(gòu)成，與標(biāo)準(zhǔn)的三硫化二砷（雌黃礦）完全一致。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合全基因組測序與蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)現(xiàn)，這些顆粒中顯著富集了多藥耐藥轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與血紅蛋白。前者是高度保守的砷轉(zhuǎn)運(yùn)與解毒蛋白，后者則負(fù)責(zé)結(jié)合和運(yùn)輸硫化氫。
基于以上研究結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)首次提出賀氏擬阿爾文蟲演化出一種獨(dú)特的“以毒攻毒”的砷-硫化氫偶聯(lián)解毒機(jī)制。賀氏擬阿爾文蟲通過攝食含高濃度砷的生物膜獲取砷化物，這些砷在多藥耐藥轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的作用下被轉(zhuǎn)運(yùn)并富集到頭冠、表皮、鰓絲和消化道等組織的上皮細(xì)胞內(nèi)。同時(shí)，硫化氫通過血紅蛋白被輸送至這些解毒細(xì)胞。最終，兩種劇毒物質(zhì)在細(xì)胞器內(nèi)結(jié)合，形成不溶性的三硫化二砷礦物，從而被“鎖定”并實(shí)現(xiàn)解毒。
本研究首次揭示了動(dòng)物利用兩種環(huán)境劇毒物質(zhì)實(shí)現(xiàn)自我解毒并適應(yīng)極端生態(tài)位的獨(dú)特機(jī)制，不僅為理解動(dòng)物的適應(yīng)性演化提供了新視角，也為生物礦化研究和環(huán)境毒理學(xué)開辟了新方向。
（總臺(tái)記者 王偉 朱路鵬）
