對生活在最深的已知脊椎動(dòng)物物種深淵蝸牛的遺傳分析表明，它具有許多關(guān)鍵的適應(yīng)能力，可以在 6,000 多米的海底生存。

這項(xiàng)研究結(jié)果今天作為 eLife 審閱的預(yù)印本發(fā)表，編輯們稱其為深海適應(yīng)機(jī)制和深淵蝸牛的進(jìn)化歷史提供了令人信服的證據(jù)。

【資料圖】

結(jié)果表明，擁有cldnj和fthl27兩個(gè)基因的多個(gè)拷貝， 使得深淵蝸牛能夠保持聽覺并承受水下承受的巨大壓力。

深淵蝸牛魚作為有記錄以來最深的水下脊椎動(dòng)物讓生物學(xué)家著迷。深淵帶由此得名，其特點(diǎn)是高靜水壓力——來自海水的深度和密度——完全黑暗和貧瘠。由于難以在如此深度觀察生物，因此很難對該物種進(jìn)行長期研究。

“我們對深淵蝸牛的了解存在許多空白，”中國西安西北工業(yè)大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院的主要作者徐文杰說?！皢栴}仍然是它如何進(jìn)入并適應(yīng)深淵帶——它依靠什么感覺，以及它如何承受所承受的極端靜水壓力?”

為了解決這些問題，徐和同事從太平洋馬里亞納海溝收集了四種深淵蝸牛(Pseudoliparis swirei )，并從黃海收集了四種淺棲田中蝸牛。通過結(jié)合使用 DNA 測序技術(shù)，該團(tuán)隊(duì)能夠生成每個(gè)物種中存在的所有基因的集合。通過比較和對比深海和淺海物種之間的基因表達(dá)率，研究小組可以推斷出深淵蝸牛首次進(jìn)入深淵帶的時(shí)間，以及使其能夠在新環(huán)境中適應(yīng)和繁殖的遺傳變異。 .

利用這些數(shù)據(jù)，研究小組估計(jì)深淵蝸牛和田中蝸牛在大約 1800 萬年前分化，并進(jìn)一步估計(jì)生活在 1000 米左右的深淵蝸牛和其他 Liparidae 物種在大約 990 萬年前分化——接近馬里亞納海溝形成時(shí)間。因此，他們推測，深淵蝸牛的祖先在大約990萬年前首先適應(yīng)了1000m的深海，并隨著馬里亞納海溝的形成而逐漸適應(yīng)了更深的深度。

科學(xué)家們說，深淵區(qū)完全沒有光線似乎對深淵蝸牛產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。他們觀察到許多與視力相關(guān)的基因大量喪失，這表明由于深淵帶缺乏光線，視力對于生存不再重要。此外，許多與晝夜節(jié)律相關(guān)的基因不存在，盡管一些重要的時(shí)鐘控制基因仍然存在。這表明深淵蝸牛的節(jié)律周期一直保持著，但不再基于太陽的運(yùn)動(dòng)。基因gpr27的缺失會增加脂質(zhì)動(dòng)員，這也可能是深淵蝸牛在饑餓時(shí)期生存的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。

此前有人認(rèn)為，能夠在高壓下維持蛋白質(zhì)功能的化合物TMAO是深淵蝸牛能夠在比任何其他已知脊椎動(dòng)物更深的深度生存的關(guān)鍵因素。然而，研究小組觀察到，深淵蝸牛體內(nèi)產(chǎn)生TMAO的酶黃素單加氧酶3( fmo3 )的表達(dá)與許多表層海洋物種的表達(dá)相同。相反，Xu 及其同事提出，深淵蝸牛中兩個(gè)基因的多個(gè)拷貝和表達(dá)增加可能比 TMAO 發(fā)揮更重要的作用。

第一個(gè)是cldnj，這是形成耳石所必需的基因——耳石是內(nèi)耳中由碳酸鈣構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。通常，碳酸鈣無法在水下約 4,000 米以外有效地積累形成耳石。然而，深淵蝸牛魚的耳石與田中蝸牛的耳石一樣致密。因此，深淵蝸牛擁有的三個(gè)cldnj副本很可能對于維持深淵區(qū)耳石的完整性和維持聽覺功能至關(guān)重要。

第二個(gè)基因是fthl27，它編碼鐵蛋白。這種蛋白質(zhì)顯著提高了對活性氧的耐受性，活性氧是造成高靜水壓造成損害的原因。Hadal snailfish 有 14 個(gè)fthl27拷貝，而 Tanaka 的 snailfish 有 3 個(gè)拷貝。fthl27的大規(guī)模擴(kuò)增和高表達(dá)，以及深淵蝸牛中許多與 DNA 修復(fù)相關(guān)的基因，很可能對于它們適應(yīng)深淵帶的環(huán)境至關(guān)重要。

作者呼吁對深淵蝸牛的適應(yīng)性進(jìn)行進(jìn)一步研究，以鞏固他們的發(fā)現(xiàn)。特別是，他們表示，其神經(jīng)系統(tǒng)適應(yīng)高靜水壓力的能力值得在未來進(jìn)行更深入的研究。

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