科技日报记者 王祝华 通讯员 陈柔汐
在伸手不见五指、低温高压且食物匮乏的深海，珊瑚如何构筑起生机勃勃的“秘密花园”？这个困扰学界多年的深海生存谜题，终于有了答案。11月20日，中国水产科学研究院黄海水产研究所、香港科技大学、华大生命科学研究院联合团队，在国际学术期刊《细胞宿主与微生物》发表重磅研究成果，首次系统揭示了伪交替深海黑珊瑚的生存智慧——它们依赖体内一套高效、稳定且功能互补的“共生系统”完美适应极端深海环境。
“体外研究模型”解锁共生密码
提起珊瑚，人们首先想到的是浅海海域色彩斑斓的珊瑚礁。这些浅海珊瑚的“生存法宝”早已为人熟知——体内共生的虫黄藻能通过光合作用，为宿主源源不断提供能量，形成“珊瑚—虫黄藻”的高效共生体系。这一经典共生模式，也成为学界理解珊瑚生存机制的基础认知。
但深海环境却完全颠覆了这一认知前提。在200米以下的深海区域，阳光几乎无法穿透，虫黄藻的光合作用根本无从谈起。更严苛的是，这里常年维持低温（通常低于4℃）、高压（每加深10米增加1个大气压）状态，上层海水飘落的“海雪”（海洋生物碎屑）等有机物极其稀少，仅靠捡“残羹剩饭”难以支撑珊瑚的生长繁衍，更遑论构建复杂的生态系统。
“深海珊瑚既不能像浅海同类那样依赖光合作用，又缺乏充足的外源食物，却能长期存活并形成群落，这本身就与经典的珊瑚生存理论相悖。”研究团队成员、华大生命科学研究院研究员孟亮介绍，这一“生存悖论”背后，必然存在一种未被发现的特殊适应机制。此前有研究推测深海珊瑚可能依赖体内微生物生存，但微生物与宿主如何分工协作、构建稳定体系，始终是未解之谜。
为破解这一悖论，团队跳出传统海洋生物学单一分析框架，构建了融合多学科技术的“宿主—共生菌”全链条分析体系。不同于传统研究仅关注单一微生物或宿主基因，该团队构建了涵盖宿主基因组、共生菌组成与多样性、优势共生菌基因组、空间定位、转录活性的全维度分析体系，为精准解析共生机制提供了技术支撑。
“成功的关键在于构建了以伪交替深海黑珊瑚为基础的‘研究模型’”。研究团队孟亮介绍，团队对来自南海与西太平洋跨不同水深与地理区域的14个样本进行系统分析。通过原位杂交链式反应（HCR）等技术，首次清晰勾勒出共生菌在珊瑚体内的分布图谱和功能分工。与传统认知中“杂乱无章的微生物聚居”不同，深海珊瑚体内的共生菌呈现出“精简高效、分工明确”的模块化特征，就像一支训练有素的“功能小队”，共同构建起珊瑚的生存保障体系。
“神仙队友”的精准分工图谱
研究团队对深海伪交替黑珊瑚体内的4种核心共生菌进行基因组测序与功能解析，重建了这4种共生菌的高质量基因组草图，进而揭开了该共生体系的运作奥秘——珊瑚体内的“神仙队友”虽成员不多，却个个是精英，各司其职，形成了覆盖营养供给、解毒、防御、稳态维持的全链条服务：
首席营养师是氨氧化古菌。作为体系的核心，它承担着“能量制造+废物处理”的双重职责。珊瑚代谢产生的氨对自身具有毒性，而氨氧化古菌能高效氧化氨，同时以此为能量驱动有机碳、多种氨基酸和维生素的合成，直接供给宿主使用，实现了“废物资源化”的闭环。
金牌保健师是Ca.Bathybacter bathypathes。这是一种从未被报道过的新共生菌群，堪称珊瑚的“健康管家”。它能合成血红素、硫辛酸等关键活性物质，既为宿主补充营养，又能增强珊瑚的抗氧化应激能力，抵御深海环境中的氧化损伤。
双重保镖是两种柔膜菌。深海并非“无菌净土”，病毒等病原体无处不在。珊瑚体内的两种柔膜菌（Ca.Bathyplasma bathypathes和Ca.Thalassoplasma bathypathes）进化出了精准的防御机制：一种携带Ⅱ型CRISPR/Cas系统，另一种拥有3种限制—修饰（R-M）系统，二者协同构筑起“双重防火墙”，有效抵御病毒入侵。
值得注意的是，这些共生菌并非随机聚集，而是高度集中在珊瑚的中胶层。“中胶层的通透性和富含变形细胞的结构，为共生体系提供了完美的‘运作平台’。”孟亮解释，这里既能实现营养物质的双向扩散，又能为共生菌提供安全微环境，让多种功能在同一空间高效协同。
免疫调控的“动态平衡术”
学界始终有一个疑问：对于体内寄生着的大量微生物，珊瑚为何不将它们当作“入侵者”清除？这背后，正是珊瑚独特的“免疫智慧”，维系着共生体系的稳定运行。
团队通过分子机制解析，构建了宿主调控共生菌稳态的“动态平衡模型”。研究发现，珊瑚的内/外胚层细胞会通过TLR13等模式识别受体，像“监控探头”一样实时监测共生菌的数量和状态。当菌群数量过多时，受体就会通过MyD88接头蛋白激活信号通路，诱导TNF-α等因子表达，招募中胶层的变形细胞对多余细菌进行“可控吞噬”——不仅能清除过量菌群，还能将其消化转化为营养物质，实现“清理+回收”双重效果。此外，C型凝集素、清道夫受体等还会参与精细调控，确保菌群数量始终维持在最优水平。
“这种‘适度调控而非彻底清除’的免疫策略，是共生体系长期稳定的核心保障。”孟亮说，这一发现首次揭示了深海珊瑚与共生菌的“和谐共处”分子逻辑，阐明了营养供给、氨解毒、抗氧化、病毒防御、免疫稳态多重功能耦合的分子逻辑，为理解深海生态系统的物质循环、评估生物对极端环境的适应潜力及生态系统韧性提供了理论框架，将助力深海生物多样性评估和深海生物功能基因资源的挖掘。
（受访对象供图）
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