上海交大肖湘团队Cell发文：实现人类首次对深渊沉积物微生物及其生态过程的系统研究

北京时间3月7日，《Cell》杂志以封面专辑形式发表了“溟渊计划”（马里亚纳海沟环境与生态研究计划，英文简称“MEER计划”）第一阶段研究成果。作为计划的发起人和召集科学家，上海交通大学生命科学技术学院/微生物代谢全国重点实验室、深部生命国际研究中心主任肖湘教授带领团队，依托我国自主研发的“奋斗者”号载人潜水器，在人类最少到达的极端环境——压力高达1100个大气压的深渊极端环境下，实现了人类首次对深渊沉积物微生物及其生态过程的系统研究，向世界展现了一幅由中国科学家绘制的海洋最深生态系统图。研究成果以“Microbial ecosystem and ecological driving forces in the deepest ocean sediments”为题发表在《Cell》杂志上，上海交通大学特聘教授肖湘、副研究员赵维殳为本文的共同第一作者兼通讯作者，生命科学技术学院博士后齐琪，博士生胡傲然、黄珊珊，超算中心林新华、海南研究院/海洋学院王景等为本文的共同第一作者，中科院深海科学与工程研究所张维佳、华大集团韩默、徐迅、刘姗姗等为本文的共同通讯作者。

首个海洋最深生态系统图景：揭示深渊生命繁荣的生态密码

上海交通大学肖湘团队，作为全球深海高压微生物领域极少数至今在研的科学团队，与中国科学院深海科学与工程研究所、华大集团等国内多家科研单位共同参加了“奋斗者”号载人潜水器TS21航次，探索了马里亚纳海沟、雅浦海沟和菲律宾海盆6000-11000米水深区域，其中雅浦海沟最深点为人类首次探索，采集了包括水体、沉积物、宏生物、岩石等千余份样本。通过对采集的1，648份沉积物样本进行宏基因组测序，研究人员鉴定7,564个原核微生物物种，其中89.4%为未报道的新物种，这说明深渊微生物具有超乎想象的物种新颖性，尽管深渊调查区域的面积不足全球海洋的亿分之一，其物种多样性与已知的全球海洋微生物多样性相当，说明在最深海域超高压下微生物异常繁荣。为解释深渊微生物的异常繁荣，肖湘团队构建了一种新的基于宏基因组的生态分析流程，将环境生态驱动过程与微生物基因组特征和代谢偏好结合起来，发现深渊微生物通过“精简型”和“多能型”两种截然不同的深渊环境适应策略，支撑了高新颖性的微生物生态系统。基于大数据对深渊微生物环境适应的认知，率先突破了国际深海高压生命研究长达40年的瓶颈。

图1. 深渊微生物的超高新颖性和多样性及其生态成因

构建全球唯一的深渊微生物数据库，开放共享中国智慧

“溟渊计划”构建的全球唯一的深渊微生物数据库，总数据量与过去十年海洋微生物积累的总数据量相当，研究发现的深渊微生物出人意料的超高新颖性和多样性，展现了深渊生命的新资源潜能，可能帮助人类解决当前面临的常规环境生物资源枯竭的困境。肖湘教授在下潜到马里亚纳海沟最深点完成采样任务后，通过水声通讯对外发布了《马里亚纳共识》倡议，“溟渊计划”的数据是人类不可复现的历史记录，代表2021年10-12月地球深渊生命的真实情况，应该将数据保留下来并对全人类共享，有待后人继续解读。“溟渊计划”微生物数据集将依托国产数据库向全球开放共享，呼吁国内外研究学者协力攻坚深渊环境与生命的重大科学问题，拓展人类对深部生命的认知边界。

图2.全球唯一深渊微生物数据库（门户网站详见：https://www.biosino.org/mash/meer ）

本研究获得了国家自然科学基金创新群体（41921006）、“水圈微生物驱动地球元素循环的机制”重大研究计划集成项目（92451301、92251303）、青年基金（42106087）、国家重点研发计划（2022YFC2805404、2022YFC2805304）的大力支持。本研究中的大数据存储与计算均在上海交通大学超算中心完成，数据汇交与释放得到中国生物信息网NODE数据库的大力支持。

论文链接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(24)01479-X

作者： 赵维殳 冯硕 供稿单位： 生命科学技术学院