深海之下的微生物丰富多样

在阳光无法抵达的千米深海，生命是微生物也闻科如何生存和演化的？那里的微生物是在一成不变地“躺平” ，还是季过在积极地应对环境变化 ？一项最新的研究表明 ，在深海里的日新“土著”微生物，也会根据季节来调整自己的学网“生活模式” 。

近日，土著来自清华大学深圳国际研究生院教授王勇团队，深海利用自主研发的微生物也闻科深海原位核酸采集系统，对南海1000米水深的季过微生物群落进行环境基因组和转录组学分析，发现了一群稳定的日新、代谢活跃的学网“土著”微生物类群，它们会根据季节调整代谢策略以响应环境变化。土著相关研究成果发表于《国际微生物生态学学会期刊》 
。深海

该研究不仅揭示了深海存在季节稳定的微生物也闻科活性微生物核心群体，也揭示了它们在基因表达层面具有明显的季节性代谢分工
，对于深入认识深海碳循环和微生物生态功能具有重要价值。

在千米深海里提取“活信息”

在阳光无法穿透的千米之下，高压 、低温和黑暗构成了极端环境。然而
，深海之下的微生物丰富多样 ，数量庞大，理解它们在极端环境中的生存和演化，对对揭示生命适应机制 、理解全球碳循环具有重要意义 。

以往科研人员对深海微生物的认知，大多基于从海底采集水样，再返回海面实验室，对微生物的DNA和RNA等核酸信息进行分析。然而
，样品从深海在到达海面的过程中 ，温度从原本的低温升高至常温，压力由上百个大气压降至常温，这种剧变会导致原本活跃的微生物DNA分子出现降解、失活 、甚至死亡。此外 ，从海洋表层降落的颗粒物会携带各种失活和死亡的微生物，会与真正活跃的“土著”微生物混合在一起，导致研究分析产生数据偏差。

那么，能不能直接在深海采样、做实验？如何确保“土著”微生物的核酸信息“原汁原味”？带着这些疑问，2017年，王勇团队开始攻关深海原位核酸采集系统，并开发出了多通道原位核酸采集系统（MISNAC）。研究团队将该MISNAC部署在南海西北部约1000米深处，于冬季和夏季分别进行原位采样。

MISNAC被搭载在深海着陆器上 ，下潜到海底后，该设备能够在预先设定的时间内过滤海水，在过滤的过程中，微生物被留在膜上。过滤完成后，设备会根据预先的设定在海底直接注入裂解液，把微生物“融化”后提取出DNA和RNA，保存在特制的硅胶颗粒上 。

待设备回到船上时 ，科研人员拿到便是经过初步处理后的原位DNA和RNA核酸样品，经过基因测序和数据分析后，便能真实展现深海微生物的组成成分与活性：一个微生物若在RNA和DNA样本中均被识别到，则表明它是活跃的；若仅存在于DNA样本中，则表明它已失活或死亡
。

“我们经历了多轮海试和优化 ，不断优化海水压力对设备材料的考验，同时对比了不同酒精和细胞裂解物的比例 ，以及核酸吸附颗粒
，确保在深海中将微生物核酸能够完好地保存下来 。”论文通讯作者王勇说道。

“土著”微生物很稳定 ，“工作模式”分季节

基于采集的样本数据 ，研究团队发现，尽管不同季节海水中的微生物种群数量和丰度的变化很大
，但真正在海水中活跃的微生物群落非常稳定 ，这或许是维持深海生态系统功能韧性的重要基础。

这群深海“土著”微生物主要包括 ：氨氧化古菌  、SAR324 簇细菌、海洋螺菌目和波塞冬菌目等。有趣的是，这群“土著”不仅稳定，“工作模式”还有着鲜明的季节性  。

“比如 ，在夏天，从海面上掉落下来的‘食物’多了，这些微生物就懒了，直接‘吃现成的’
，直接降解颗粒有机碳获取能量 。而在冬天
，海面上掉下来的‘食物’少了 ，这些微生物就只好‘自己动手’了。例如，氨氧化古菌会吸收水中溶解的氨气，进行氧化反应，然后利用二氧化碳合成有机质和储备能量，与陆地的植物光合作用类似，实现自给自足。”王勇介绍
 ，研究结果表明
，深海微生物通过代谢策略的季节性切换来响应表层生态过程的“远程调控”。

值得注意的是 ，研究人员还发现 ，纤毛虫是深海里最活跃的原生生物 ，而非传统认为的有孔虫。纤毛虫作为深海中主要的初级消费者 ，在能量传递中扮演了关键角色。这一发现凸显了当前科学届对单细胞纤毛虫的理解仍然有限，人们对深海生态系统的构成和能量传递的认识还有巨大空间 。

“以解决真问题为导向的深海研究，需要科学与工程相结合 ，创造新的研究范式和标准。”王勇强调，目前研究团队正在开发新的深海核酸提取和基因检测传感器 ，目标实现三个月以上的连续监测 ，为深海资源开发中的生态环境评估提供可靠方案。

相关论文信息：https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf214