深海到底有沒有能利用光的生命存在？_風聞

海洋約佔地球表面總面積的71%，其中90%的海洋平均水深大於1000米，被稱為深海，是地球上人們瞭解最少的生境之一。深海藴含着巨量的生物資源和特殊的生命過程，亟待我們去認識和開發。

提起深海，很多人都想到黑暗、陰森、可怕等字眼，認為那裏一直是神秘而永恆的黑暗環境。但讓人大感意外的是，越來越多的研究證據表明，不僅深海熱液區，其他深海生境（如冷泉）也存在不同形式地質光或生物發光。

是的，你沒有聽錯，在暗無邊界的深海中有百分之九十的生物都會發光，它們形態各異，有的長得像哈密瓜，有的像外星飛碟……

海洋發光生物畫廊（圖片來源：參考文獻5）

眾所周知，萬物生長靠太陽。的確，真光層生物的生長或多或少地都會受到光的影響。那麼既然深海有光的存在，是否已經進化出一些生命體能利用這些微弱但足以支撐微小生命的光呢，比如微生物？答案是肯定的。

海洋發光細菌高濃度聚集，在海洋中形成明亮的藍色斑塊（圖片來源：參考文獻6）

中國科學院海洋研究所孫超岷研究團隊近幾年一直致力於深海光能利用微生物的發現及光能利用機制研究，發現了一系列能利用光能的深海“小精靈”——微生物。

2021年，研究團隊發現了一種深海熱液細菌能在細胞表面形成大量規則的硫化鎘礦物質，而這些礦物質具有典型納米光學材料的光電子吸收特性，這種深海細菌能巧妙利用這種特性利用熱液口發出的光使其更好地適應深海環境。同年，研究團隊又發現另一種深海熱液細菌能合成一種光敏色素，這種蛋白能幫助細菌利用熱液口發出的微弱的紅外光。

“科學”號科考船拍攝深海熱液噴口圖片

2022年，研究團隊又從深海冷泉環境利用藍光富集的方法培養了一株細菌，這株細菌能借助其自身產生的一種藍光感受器感受藍光，而藍光恰恰是深海動物的主要發光類型。值得注意的是，藍光感受器的同源蛋白廣泛分佈於深海微生物中，表明了很多深海微生物也能通過類似的途徑感受並利用藍光。這些微生物都是非光合細菌，也就是説他們不是藉助典型光合作用途徑利用光能。

深海的光及深海光能利用微生物

那麼，是否有深海微生物能通過經典的光合作用途徑利用光能呢？最近，孫超岷研究團隊在深海冷泉生境的確發現了這一類微生物的存在——綠彎菌，以前被稱為“綠色非硫細菌”，是細菌域中一個多樣性較高的類羣。綠彎菌成員廣泛分佈在海洋生態系統中，而且丰度非常高，但深海生境中被培養的類羣屈指可數，屬於典型的難培養微生物，其生物學特性在國內外基本處於空白。研究團隊經過近兩年的艱難摸索，終於培養出了這一類奇特的細菌。令人驚奇的是，這類細菌在實驗室和深海條件下都能借助光合作用途徑利用紅光，這株光合綠彎菌的發現也為深海光合微生物的存在提供了實證。

分離培養的形態各異的深海光能利用微生物

那麼，為什麼深海微生物要進化出如此多樣的光能利用途徑呢？很好理解，深海相對於近海及陸地環境，缺少能支撐其生長的足夠能量，在競爭激烈的生存環境中，如果能利用微弱的光能無疑能讓這些微生物在生存競爭中勝出，繼續繁衍自己的後代。在未來的研究中應該培養更多能利用光能的深海微生物，解析其光能利用機制，瞭解深海微生物利用光能的真實目的。

此外，深海是否存在更多特殊的光，是否有更多的光能利用微生物和新途徑存在深海生物中？這些問題也無時無刻不在拷問着深海科研工作者。

我國自主研發的深海載人潛器“奮鬥者”號突破載人深潛新紀錄

相比於無際的太空，人類對深海的瞭解還遠遠不夠。得益於國家深海探測裝備和技術的飛速發展，我們已經能夠深潛到萬米之深的馬裏亞納海溝，未來我們將親臨深海去捕捉深海微弱的光，去找尋能夠利用這些微光的深海“小精靈”，並利用特殊的儀器和這些“小精靈”對話，去了解他們利用光能的特殊本領和真實目的！

參考文獻:

1. Rikuan Zheng, Ruining Cai, Chong Wang, Rui Liu, Chaomin Sun*. Characterization of the first cultured representative of Candidatus Thermofonsia Clade 2 within Chloroflexi reveals its phototrophic lifestyle. mBio, 2022, 13(2): e00287-22. Doi: 10.1128/mbio.00287-22.

2. Yeqi Shan, Ge Liu, Ruining Cai, Rui Liu, Rikuan Zheng, Chaomin Sun*. A deep-sea bacterium senses blue light via a BLUF-dependent pathway. mSystems, 2022, 7(1): e01279-21. Doi: 10.1128/msystems.01279-21.

3. Ge Liu, Yeqi Shan, Rikuan Zheng, Rui Liu, Chaomin Sun*. Growth promotion of a deep-sea bacterium by sensing infrared light through a bacteriophytochrome photoreceptor. Environmental Microbiology, 2021, 23(8):4466-4477. Doi: 10.1111/1462-2920.15639.

4. Ning Ma, Zhongli Sha, Chaomin Sun*. Formation of cadmium sulfide nanoparticles mediates cadmium resistance and light utilization of the deep-sea bacterium Idiomarina sp. OT37-5b. Environmental Microbiology, 2021, 23(2):934-948. doi: 10.1111/1462-2920.15205.

5. Haddock S H , Moline M A , Case J F . Bioluminescence in the Sea[J]. Ann Rev Mar, 2010, 2(1):443-493.[2] Martini S , Haddock S . Quantification of bioluminescence from the surface to the deep sea demonstrates its predominance as an ecological trait[J]. Scientific Reports, 2017, 7:45750.

6. Haddock S H , Moline M A , Case J F . Bioluminescence in the Sea[J]. Ann Rev Mar, 2010, 2(1):443-493.

來源：中國科學院海洋研究所