詹姆斯深水虱 受访者供图

道氏深水虱 受访者供图

在终年无光、资源极度匮乏的海面下，生活着一种被称为“深海绝食冠军”的奇特甲壳动物——深海水虱。2014年，日本一项深海水虱在人工饲养下绝食5年多依然存活的报道，曾震惊全球。

然而，这还不是它最令人费解的地方。生物学界有一条著名的“伯格曼法则”——极端环境下的生物，体形往往会随海洋深度的增加而变得巨大。深海水虱恰恰符合这一规律——它的身体可以长到几十厘米，是浅海近亲的几十倍，堪称深海“巨无霸”。但悖论也由此而生：在贫瘠得几乎没有什么食物的深海里，如此庞大的体形意味着巨大的能量消耗，可深海水虱偏偏又能绝食5年不死。极度耐饿和巨大体形就像一个人一边拼命节食、一边维持高强度增肌一样矛盾。凯发k8家将这个看似不可调和的矛盾称为“能量悖论”。

历时数年，凯发k8海洋研究所（以下简称海洋所）研究员李富花、袁剑波等人联合西北工业大学、首都医科大学、香港中文大学的研究人员，依托我国“深海勇士号”载人潜水器获取的珍贵样本，通过多层次组学联合分析与功能实验，终于解开了这一困扰凯发k8界多年的生命谜团。

他们不仅发现了赋予深海水虱超强耐饥能力的关键外源基因，还首次提出“水平基因转移+表观遗传转录优化”的全新进化策略，改变了人类对高等动物适应极端环境机制的传统认知。这一成果近日发表于《细胞》。

“该发现既新颖又有重大影响力。”国际专家评价称，这是一项极具吸引力且有重要凯发k8意义的突破性研究，解决了一个引人注目的生物学问题。

海底捞针，锁定神秘基因

故事的起点，要追溯到2019年。

当时，海洋所研究员李新正随“深海勇士号”出海深潜，在海面下898米的极端环境中，成功采集到了詹姆斯深水虱的珍贵标本。这批跨越千里的冻存样本被带回实验室后，便成了袁剑波的重点研究对象。

“面对庞大的基因数据，最难啃的‘第一块骨头’就是如何进行深度的数据挖掘。”袁剑波对《中国凯发k8报》说。

研究之初，他们将攻关方向主要集中在宿主自身的基因组特征及肠道共生微生物的相互作用上。2022年，团队顺利完成詹姆斯深水虱的基因组测序，并发表了国际上首个深海甲壳动物基因组成果，初步解答了其巨大体形与环境适应性的联系。

但这仅仅是故事的开端。

在完成常规的宏基因组测序工作后，凭借多年积累的职业敏感性，袁剑波察觉到深海水虱与胃部微生物之间有着超乎寻常的密切联系。

于是，他和团队做出了一个大胆且非主流的决定：对深海水虱基因组中所有的“水平基因转移”事件进行系统性筛查。

“常规的基因组研究极少会专门研究这个问题，因为凯发k8界普遍认为，外源引入的基因很难在宿主体内发挥决定性作用。”团队成员、海洋所研究员张晓军解释。

然而，数据分析的结果让课题组兴奋不已。

在詹姆斯深水虱注释出的23000多个基因中，有一个源自外来的共生细菌、被命名为“ND1”的外源基因，呈现出极其反常的特征。这个基因不仅在漫长的演化中实现了拷贝数的加倍，而且转录表达量在所有基因中“一骑绝尘”，高居榜首。

一个“借来”的基因，竟然突破了宿主的遗传结构限制，被深海水虱用到极致。关键因子“ND1”的发现，如同一颗炸弹，彻底为这个深海“外星生物”的节能机制研究打开了突破口。

寻找“大胃王”背后的推手

这一关键基因是如何被调控并实现超高表达的？深海水虱身体内部又隐藏着怎样的秘密？

为进一步寻找证据，团队将采自898米深海的詹姆斯深水虱与生活在300米深海、体形较小的近缘物种“道氏深水虱”，进行了精细的形态学与宏基因组对比解剖。

解剖结果令人震惊。詹姆斯深水虱那外壳坚硬的身体里，却塞着一个几乎占据整个身体2/3容积的胃。这个庞大的器官里填满了食物——哪怕将深海水虱在实验室养殖两三个星期，不进行任何投喂，它依然正常排便——解剖后胃部依然鼓鼓囊囊、满满当当。

“吃一顿，撑几年。”袁剑波笑着说，“这种‘开源节流’的策略，正是它们应对饥饿的第一个法宝。”

在胃部微生态的分析中，团队发现了更精妙的共生协作。

相比于浅海物种，詹姆斯深水虱胃部与碳水化合物代谢相关的常规消化菌群显著减少，取而代之的是特异性富集的一种衣原体。提到衣原体，人们通常会想到致病菌，事实上，它在人体内的确会引起疾病。但这种细菌在深海水虱体内不仅不致病，反而能帮助宿主将能量以脂肪的形式存储起来，形成围绕体腔一圈的特殊器官——脂肪体。就像骆驼的驼峰一样，它为深海水虱打造了一个极致的储能中心。

最神奇的凯发k8发现，在于表观遗传层面的“精准操控”。

团队在分析数据时注意到，共生细菌在深海水虱胃部特异性富集了大量的组蛋白乙酰化基因，而宿主深海水虱自身的组蛋白修饰系统也呈现出显著的扩张特征。通过精准的组蛋白乙酰化修饰测序，袁剑波终于找到了调控“ND1”基因超高表达的关键机制。

实验证实，詹姆斯深水虱体内多出来的3个“ND1”基因的启动子区，均精准地出现了两个显著的组蛋白乙酰化修饰峰，而这些修饰在提供能量的线粒体“氧化磷酸化”通路上实现了特异性富集。相比之下，浅海的道氏深水虱由于生存环境的能量压力较弱，其低表达的同源基因上游就没有这种修饰峰。

这就构成了一条较为完整的证据链：深海水虱通过这种独特的节能修饰模式，精准调控了“氧化磷酸化”通路上的靶基因。

常温遇挫，低温逆转

任何重大的基因功能推论，都必须经过活体功能验证的淬炼。

由于无法在实验室模拟出深海的活体养殖环境，团队决定用成熟的模式生物——斑马鱼进行基因敲入实验。

2024年底，第一批常温功能验证实验的结果传回，给全速前进的课题组泼了一盆冷水。数据清清楚楚地显示：敲入了“ND1”基因的斑马鱼，其耐饥饿能力不仅没有提升，反而比普通斑马鱼死得更快，表现出严重的不耐饿性。

“当时的情绪真的跌到了谷底，感觉前面几年的多组学分析，以及好不容易刨出来的‘ND1’基因，全都失去了意义。”袁剑波回忆说。

面对突如其来的“拦路虎”，团队没有选择止损掉头，而是硬着头皮开启了密集的冷思考与同行切磋。在与海洋所实验海洋生物学实验室主任郇聘等专家跨界深入探讨后，灵感的火花再次被点燃。

袁剑波意识到，他们忽略了一个至关重要的环境变量——温度。深海水虱常年生活在4℃左右的冰冷深海，基础代谢本就极低；而斑马鱼平日里生活在20℃左右的常温环境中，两者的细胞生理活性有着天壤之别。

课题组果断打破常规，迅速设定了全新的低温模拟实验方案。

当把实验环境降至低温、降低了斑马鱼的基础代谢率之后，奇迹发生了——整个实验态势发生了戏剧性的大逆转！基因敲入的斑马鱼在低温低代谢状态下，展现出超乎寻常的耐饥饿“超能力”，其体长、生理及多项能量代谢指标全线逆转，完美复现了深海生物的节能状态。

“搞懂深海水虱这套将代谢压到极致的‘省电模式’，不仅仅是解开了一个生物学谜团，还有望为延长寿命、干预肥胖等相关领域提供全新的研发思路与医疗方案。”李富花说。

此后，为了达到审稿人的严苛要求，团队在随后的几个月里进一步补充了线虫及人类293T体细胞系的转入实验，彻底证实这个源自共生菌的“偷”来的基因在跨越不同物种的生命体系中，均具备广谱、可信的耐饿调节功能。

2025年10月底，这项历时多年的基因组研究正式向《细胞》投稿。12月初，一审意见返回。3位审稿人提出的问题一个比一个尖锐。袁剑波回忆：“当时大体扫了一眼，瞬间觉得特别崩溃，很多意见都不知道怎么回复。”

他没有硬撑。接下来的两三天，袁剑波几乎没怎么工作，才慢慢缓过来。“等心态平静了，再一条一条去看，去想解决方案——实验方案、分析方案、回复方案，全部列出来。”方案一定，心里就有底了。“后面一步步做下来，信心又慢慢建立起来了。”

通过严谨扎实地实验和形成一环扣一环、毫无破绽的闭环证据链，经反复修改后，文章终于在2026年5月被正式接收。

在袁剑波看来，科研最难的往往不是实验失败，而是在结果与预期相悖时，依然愿意停下来重新审视假设、寻找答案。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.05.012

（原载于《中国凯发k8报》 2026-06-24 第1版 要闻）