中國科學院海洋所首次揭示深海熱液動物“以毒攻毒”獨特適應機制

近日，中國科學院海洋研究所科研團隊在動物深海極端環境適應機制研究方面取得突破性進展，國際上首次揭示了深海熱液動物賀氏擬阿爾文蟲“以毒攻毒”的獨特適應機制。

據介紹，大洋板塊交界處，岩漿加熱的高温海水攜帶着高濃度的硫化氫、重金屬等有毒物質，從海底裂隙中噴湧而出，形成了獨特的深海熱液生態系統。熱液噴口附近的生態環境對大多數生物而言過於嚴酷，但阿爾文蟲卻能在高温、高硫化氫和高重金屬的極端環境中繁衍生息並形成高密度羣落。因此“阿爾文蟲如何抵禦環境毒素、適應極端環境”一直是學界高度關注的科學問題。

依託“科學”號科考船深海熱液科考航次，團隊深入研究了沖繩海槽熱液區阿爾文科賀氏擬阿爾文蟲。研究發現該物種具有諸多獨特特徵：

一是它們呈現出罕見的亮黃色體色，其表皮細胞中分佈的大量黃色顆粒是其體色來源；

二是賀氏擬阿爾文蟲是棲息位置最接近熱液噴口的動物，相比之下鎧甲蝦、貽貝等常見熱液動物只能生活在更遠處；

三是賀氏擬阿爾文蟲體內富集了大量無機砷，部分個體中砷含量竟高達體重的1%，但它們卻能在超高濃度砷環境下安然無恙。

A:賀氏擬阿爾文蟲生活的深海熱液煙囱，其中A’顯示熱液噴口附近的賀氏擬阿爾文蟲羣落；B:賀氏擬阿爾文蟲個體；C和D:賀氏擬阿爾文蟲軀幹及頭冠皮下表的亮黃色顆粒。

進一步研究發現，賀氏擬阿爾文蟲表皮細胞內的黃色顆粒主要由砷和硫構成，與標準的三硫化二砷（雌黃礦）完全一致。研究團隊結合全基因組測序與蛋白質組學發現，這些顆粒中顯著富集了多藥耐藥轉運蛋白與血紅蛋白。前者是高度保守的砷轉運與解毒蛋白，後者則負責結合和運輸硫化氫。

基於以上研究結果，研究團隊首次提出賀氏擬阿爾文蟲演化出一種獨特的“以毒攻毒”的砷-硫化氫偶聯解毒機制。賀氏擬阿爾文蟲通過攝食含高濃度砷的生物膜獲取砷化物，這些砷在多藥耐藥轉運蛋白的作用下被轉運並富集到頭冠、表皮、鰓絲和消化道等組織的上皮細胞內。同時，硫化氫通過血紅蛋白被輸送至這些解毒細胞。最終，兩種劇毒物質在細胞器內結合，形成不溶性的三硫化二砷礦物，從而被“鎖定”並實現解毒。

本研究首次揭示了動物利用兩種環境劇毒物質實現自我解毒並適應極端生態位的獨特機制，不僅為理解動物的適應性演化提供了新視角，也為生物礦化研究和環境毒理學開闢了新方向。

（總枱記者 王偉 朱路鵬）