深海水虱是一类生活在深海中的甲壳动物,因保持世界上最长的绝食时间纪录(可达5年以上)而闻名。近日,我国科研人员揭示了这类生物耐饥饿的生理适应特征及其调控能量消耗的分子机制,为深海生物适应极端环境研究提供了全新视角。相关研究成果于北京时间6月5日在线发表在国际学术期刊《细胞》上。
中国科学院海洋研究所联合香港中文大学、西北工业大学等单位,首次系统揭示了深海水虱惊人耐饥饿能力的奥秘:它们从细菌那里“窃取”了一个关键能量代谢相关基因,该基因能有效调控能量的分配和利用,从而让深海水虱用极低的能耗维持巨大体型。
中国科学院海洋研究所研究员袁剑波介绍,研究发现,深海水虱为应对寡营养环境,演化出一套“开源节流”的双重生存策略:一是拥有容量巨大且可储存大量食物的胃,深海水虱的胃约占整个身体的三分之二,远超在近海或潮间带生活的近缘物种;二是可维持极低的基础代谢率,深海水虱胃中利于食物消化的厚壁菌等占比不高,反而特异性聚集了与脂质存储相关的衣原体,有效降低了食物消耗速率。这些特征表明,深海水虱可能通过机会性暴食储存食物,再通过降低其基础代谢率延长食物在胃中的驻留时间。
进一步研究发现,深海水虱超长绝食能力的获得,与从外源共生细菌中“挟持”的基因ND1密切相关,ND1参与能量代谢过程,是深海水虱维持极低基础代谢率的重要原因。
更令人惊叹的是,ND1对温度的“敏感”。在常温下,将这个基因转入斑马鱼和线虫,反而会加速能量消耗,让动物变得更不耐饿。然而在低温条件下(模拟深海低温环境),ND1却展现出截然相反的面貌:它能显著抑制线粒体活性,降低整体代谢水平,使得转入该基因的斑马鱼在低温下的耐饥饿能力直接提升了37%。
该研究首次揭示了深海巨型动物通过“水平基因转移+表观遗传优化”来重新编程自身能量分配的全新进化策略,不仅为理解极端环境下生命如何权衡生长与生存提供了重要范例,也有望为寿命延长、肥胖干预等相关领域提供新思路。


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