在人类对未知疆域的探索之中，深海的“抵达”曾一度难以突破纵深的刻度与观测视野的局限。近几年，中国科学家搭乘自主研发的“奋斗者”号载人潜水器抵达了马里亚纳海沟，对深渊的微生物进行系统调查。全新的深渊原核微生物物种、极端环境下的生命机制、丰富的资源潜能……当深渊样本“浮出水面”，科学家们通过“溟渊计划”一期和二期持续攻关，描绘了海洋最深处的生态系统全景图，系统揭示了万米海底“看不见的微生物绿洲”的运行原理，挖掘了这些资源的应用价值。
解开深渊的生命密码为人类带来怎样的新视野？万米海底的生命有望进一步引发对宇宙生命的新探究？本报邀请“抵达深渊”的女科学家、上海交通大学生命科学技术学院教授赵维殳，带领大家一同“潜入深海”。
话题主持 本报记者 易蓉
没有光、温度接近冰点、压力超过60兆帕——足以将钢铁扭曲变形，水深超过6000米的深渊是地球表面最极端的环境，一度被视为“生命禁区”。在很长一段时间里，人类对海洋最深处的想象都停留于“荒芜”。然而，当我们抵达这里，答案竟然彻底翻转。
远超预期 深渊生命异常繁茂
1960年，“的里雅斯特号”首次载人抵达马里亚纳海沟底部，停留仅20分钟，扬尘遮蔽了视线；2012年，著名导演卡梅隆孤身探底，留下“潜到了生命本身的极限之外”的感慨。
2021年，我们搭乘“奋斗者”号载人潜水器对马里亚纳海沟的微生物进行系统调查，中国科学家主导的“溟渊计划”首次为全世界描绘了海洋最深生态系统的全景图。马里亚纳海沟的微生物多样性指数与全球已知海洋微生物总量相当，这是令人震惊的，况且我们调查的深渊区占全球海洋面积还不到一亿分之一。这就好比走进一片沙漠，却意外发现这里的物种数量与亚马孙热带雨林的一样多！深渊生命之繁茂，远远超出了所有人的预期。
我们的发现如同绘制了一幅马里亚纳海沟生命的“清明上河图”。一期成果于2025年以封面专辑形式发表于《细胞》（Cell）杂志，今年二期成果以专辑形式发表于《细胞·宿主与微生物》（Cell Host&Microbe），复原出了7564种深渊原核微生物（其中89.4%是科学界从未报道过的新物种），更是首次从“高压激发”假说、蛋白质水平活跃网络、全球深海基因资源图谱以及地形调控碳循环格局四个维度，系统揭开“深渊为何有繁茂生命”的谜底。
生死迷局 极端环境或是催化器
微生物的高压适应之谜是困扰国际学界二十年的核心难题。我们的研究颠覆性地发现，过去寻找具有“特异功能”的“高压基因”是错误方向，深渊高压不是微生物的“敌人”，而是“帮手”。
我们系统提出了“深渊高压激发”和“极端环境共适应”假说：超过60兆帕的深渊超高压并非单纯抑制生命，而是会诱导微生物体内产生活性氧（ROS）。深渊高压给了微生物一把钥匙，打开了一个在常规环境下根本打不开的“粮仓”——在黑暗、寒冷、缺少食物的深渊环境中，普通环境中有毒的活性氧反而推动了深渊微生物利用难降解的有机物，把它们变成微生物可以利用的碳源和能源。
这一认知打破了“环境抑制—生存对抗”的经典极端环境下的生命视角，开始形成“极端环境可能也是催化器”的全新思路。不只是马里亚纳海沟中的微生物，以维持活性氧稳态为核心的抗氧化策略，也是珠峰、极地、抗辐射、耐旱等不同极端环境下生命共同选择的“共适应”机制。这一发现为重新认识地球极端生命格局和探寻地外生命奠定了新的理论坐标。
技术突破 科研有了数字“慧眼”
传统微生物研究，始于“看见”，但是深渊中绝大多数微生物无法在实验室条件下培养，在自然状态下的真实活动根本“看不见”。我们决定聚焦核酸与蛋白质，做这两种微生物生命活动的核心“记录者”。
可传统方法只能从一份样本中选择提取其一，且提取成功率不足30%。面对深渊样本，这个矛盾更加尖锐：马里亚纳海沟底部水中的微生物含量只有浅海的1/100，每一份样本都弥足珍贵，容不得一丁点浪费，科学研究也不允许一点儿偏差。
针对技术难题，团队自主研发了针对深渊水体与沉积物的核酸-蛋白共提取与共分析技术——从同一份样本中同时提取DNA和蛋白质，相当于既拿到了“人员名单”，又拿到了“工作日志”，提取成功率跃升至90%以上；且可鉴定率比用通用数据库的传统方法提升了近10倍。这等于给深渊科研装上了一双数字化的“慧眼”，让我们第一次不仅能“看见”谁在那里，更能“看见”它们以何种方式繁茂地活着。
借助这双“慧眼”，研究首次实现了深渊微生物与病毒的宏蛋白质组分析，解码了海洋最深水体中的活跃生命网络。研究构建了包含13.5万余个非冗余活性蛋白的深渊特异性数据集（MEER-APD），其中超过95%的蛋白为深渊特有，而这些此前从未被科学界记录。
更令人惊叹的是，这片“绿洲”并非均匀分布。万米海底的凹陷地形成为了微生物的庇护所和孵化器，形成了此前从未被识别的微生物“隐秘热点”，维持着高生物量、高多样性与高活性，并可能成为微生物从深渊向浅层海域双向扩散的中转站。
成果迭出 不断挖掘应用潜力
探索深渊，不仅是为了回答基础科学问题，更因为那里蕴藏着巨大的应用潜力。
“溟渊计划”团队也包括华大生命科学研究院，作为直接面对产业需求的研究人员，将科学认知从理论推向了资源挖掘。团队整合了包括深渊在内的全球2138份深海宏基因组样本，构建了包含5.02亿条非冗余基因的深海基因目录（DSGC），并预测了240余万个代表性蛋白结构——这是迄今为止全球最大的深海基因资源图谱和蛋白结构资源库。
研究进一步确认了深海是一个独特的“进化引擎”，拥有比浅层海洋更强的快速进化信号，同时蕴含392个全新结构域。团队还通过序列与结构协同筛选，挖掘出1308个深海特异解旋酶候选基因，并验证了多个具有实际应用潜力的解旋酶。其中一个发现具有明确的产业价值：解旋酶是基因测序、分子诊断等生物技术领域的核心工具酶。团队发现名为DSH9的解旋酶测序速度达到传统解旋酶的2.3倍，性能提升将直接关系到检测速度和成本。
这些成果意味着深渊基因资源正转变为“生物技术创新的引擎”。“溟渊计划”团队联合高校、科研院所和企业的科研力量，为探索深海基因“暗物质”和推动生物技术创新，提供了一套可复用的方法框架，也标志着中国在深海基因资源开发领域走在了世界前列。
时代机遇 从奋斗者到领跑者
这一切突破的起点，是大国重器“奋斗者”号成功坐底马里亚纳海沟最深区，使中国终于成为全球拥有万米载人深潜能力的国家。而且“奋斗者”号采样篮220公斤的承载能力，让科学家下潜一次能带回的样本量超过以往所有探底潜水器的总和，让深渊研究不止步于海底探险或者一次性海底大发现，而让系统性科学研究成为可能。
“溟渊计划”逐步组建起跨学科、跨领域、跨单位的自由探索与有组织科研相结合的大平台，依靠可持续的组织模式和充满活力的人才梯队，不断产出一系列原创成果，表现出以基础科学理论突破为驱动的有组织科研体制所激发的持续创新活力。
这一系列成果标志着我国在深渊生命研究领域持续国际领跑。研究产生的深渊活性蛋白数据集、深海基因与蛋白结构图谱等，均已纳入“溟渊计划”持续构建的全球最大深渊生物数据库，并通过联合国“海洋十年”“科学十年”等大科学计划向国际科学界开放共享，为人类认识海洋最深处、开发深海资源宝库贡献中国智慧。
“小众”科研路：以热爱与胆识奔赴未知前沿
问 是什么支持你始终坚守在“小众”科研领域？
答：研究万米海底看不见的微生物，到底有什么用？这曾是绝对的冷门，是前景不明的“小众”方向。但16年前踏入极端微生物研究时，我恰恰是被这种“未知”吸引的——在公认的生命绝境里，到底藏着怎样的生存智慧？
我在大四时第一次登上“大洋一号”科考船，当时只能把深海的水和泥从海底拿上来，在船上、在实验室里想象深海的样子。那时，国际学界正被“找不到高压基因”所困，整个领域越走越窄。选择这个小众方向，意味着研究周期更长、发论文更慢，这些代价，不是所有人都愿意承受。但最终说服我坚持下来的，是最简单的信念：你还从未见过真正的深海。
2021年，当我坐进“奋斗者”号的钛合金球舱，亲眼见到万米海底那些发光的生命时，我知道一切等待都值得。
如今，我们的成果登上《细胞》《细胞·宿主与微生物》封面专辑，构建的深渊数据库成为全球同行争相获取的资源，我们的理论、技术和科学发现正在越来越多的领域产生价值。这说明：真正的创新，往往来自那些少有人走的路。
问 投身这一领域，科研人需要拥有怎样的素养？
答：“溟渊计划”的成果，从来不是一人之功。我们团队有许多不同领域、不同专长的人，我们的工作模式是“只有岗位，没有单位”，正是这种跨学科的深度协作，才能够打通海底原位—船基实验—岸基实验—超算中心的各个流程，催生了核酸-蛋白共提取共分析的原创技术，让我们能从宏观的地形指数一直洞察到微观的蛋白质活性网络。这个领域吸引的，正是那些既能深耕自己专业又乐于走出舒适区打破壁垒的复合型人才。
深渊生命研究正走向“原理解析”和“资源挖掘”的黄金时代。这里有未被书写的地球生命编年史，有埋藏在基因“暗物质”中的新质生产力，也有为人类探索地外生命提供理论参照的未知前沿。这个领域需要的人才，首先要对探索未知有兴趣，始终保持着学习新领域新知识的热情，更重要的是要有一种敢于挑战传统认知的反叛精神。我们经常说，极端生命的研究者就像我们所研究的极端生命一样——那些杀不死你的，终会让你更强大！
作者：上海交通大学生命科学技术学院教授 赵维殳
原标题：《万米海底藏意外惊喜 绝境孕育微生物“绿洲”｜新民·科技前沿》
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