在深海熱液中如何生存？“以毒攻毒”！

【科學·近距離】

在大洋板塊交界處，有許多熱液噴口——被岩漿加熱的高温海水攜帶着高濃度硫化氫、重金屬等有毒物質，從海底裂隙中噴湧而出。這裏的生態環境過於嚴酷，人們原本以為，這是生命的禁區。但近年來的觀測卻發現，這裏已經形成了獨特的深海熱液生態系統。其中，就有阿爾文蟲。這種微小的蠕蟲能在高温、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”號深海熱液科考航次，中國科學院海洋研究所研究團隊深入研究了沖繩海槽熱液區的阿爾文科賀氏擬阿爾文蟲。

賀氏擬阿爾文蟲是棲息位置最接近熱液噴口的生物，能在距噴口不足20釐米、硫化氫濃度極高的區域內成羣棲息。相比之下，鎧甲蝦、貽貝等常見熱液動物只能生活在更遠處。此外，元素分析顯示，賀氏擬阿爾文蟲體內富集了大量無機砷，部分個體的砷含量高達體重的1%。要知道，砷是一種強毒性金屬，人類暴露後會導致癌症、神經系統疾病等嚴重健康問題，但賀氏擬阿爾文蟲卻能在超高濃度砷環境下安然無恙。

賀氏擬阿爾文蟲呈現出罕見的亮黃色體色。研究團隊通過顯微結構分析發現，其體色來源於表皮細胞中分佈的大量黃色顆粒。那麼，這些顆粒的形成與它們生存的極端環境有沒有關係呢？

研究人員進行了組織化學與電子顯微分析。結果顯示，賀氏擬阿爾文蟲表皮細胞內的黃色顆粒實為特殊礦物結構，這些顆粒主要由砷和硫構成，與標準的三硫化二砷完全一致。也就是説，其表皮細胞通過某種機制，在體內形成了雌黃礦物。研究團隊結合全基因組測序與蛋白質組學進一步發現，這些顆粒中顯著富集了多藥耐藥轉運蛋白（MRP）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。

研究團隊就此提出，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。具體而言，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MRP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，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。

這一研究揭示了生物是如何利用兩種環境劇毒物質實現自我解毒，並適應了極端生態位的獨特機制，不僅為理解生物的適應性演化提供了新視角，也為生物礦化和環境毒理學研究開闢了新方向。

（作者：王昊、李超倫，分別系中國科學院海洋研究所副研究員；研究員）