吃一顿管五年！我国学者Cell论文，揭示深海巨虫“窃取”微生物基因来耐受超长饥饿

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

神奇的是，尽管生活在如此极端且营养贫乏的深海环境中，这些深海等足虫却表现出显著的身体巨型化特征，而巨型化这一特征需要消耗大量能量。这些巨型深海生物平衡能量获取与消耗的生理和分子机制，目前尚不清楚。

2026 年 6 月 5 日，中国科学院海洋研究所李富花研究员、相建海研究员及香港中文大学 Chu Kahou 作为共同通讯作者（中国科学院海洋研究所袁剑波研究员、张晓军研究员、李诗豪研究员，西北农林科技大学王堃教授、首都医科大学附属北京地坛医院孙亚民研究员为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊 Cell 上发表了题为：Deep-sea megafauna co-opts microbial energy metabolism genes to withstand ultra-long starvation 的研究论文。

该研究发现，巨型深海等足虫通过从细菌共生体那里获得一个能量代谢相关基因——ND1，该基因的超高水平表达，让巨型深海等足虫获得了重新分配能量的能力，从而能够在长期饥饿条件下生存。

深海里的“能量悖论”

深海等足虫，例如生活在近900米深处的深海水虱（Bathynomus jamesi），体型巨大（体长可达 23 厘米）。然而，深海环境高压、低温、寡营养，食物资源极其稀缺。这就产生了一个“能量悖论”：巨大的体型需要消耗大量能量，但深海环境却无法提供足够的食物。

在这项最新研究中，研究团队发现，这些深海巨虫采用了一种“双管齐下”的生存策略——

• 扩张的“粮仓”：它们拥有一个异常膨大的胃，可以占据体腔的三分之二，用于储存大量经过精细研磨、半消化的泥状食物混合物。这使它们能够进行“间歇性暴食”，有机会就一次吃个够，然后慢慢消化。

• 极低的“待机能耗”：与生活在浅海的亲戚相比，深海等足虫的基础代谢率（BMR）被显著抑制，柠檬酸合酶、乳酸脱氢酶等关键代谢酶的活性降低，活性氧水平也下降。简单说，它们把自己调成了“超级省电模式”。

关键发现：偷来的“节能基因”

然而，最惊人的发现藏在它们的基因里。通过比较基因组学分析，研究团队在两种深海等足虫——深海水虱（Bathynomus jamesi）和道氏深水虱（Bathynomus doederleini）的基因组中，发现了三个来自细菌或病毒的水平转移基因簇。其中，一个名为 ND1 的基因成为了破解谜题的关键。

ND1 基因原本属于细菌的能量代谢系统（NADH 脱氢酶）的一部分。大约在 1600 万年前，深海等足虫的共同祖先通过水平基因转移，从共生微生物那里“偷”来了这个基因。更厉害的是，这个外来基因在进入宿主基因组后，并没有被沉默，反而通过基因复制，在基因组中增加了拷贝数，并且实现了超高水平的表达。

在深海水虱（Bathynomus jamesi）体内，ND1 基因的表达量在其全部 2.3 万多个基因中排名第一，表达量超过其自身同源基因的 24 倍以上！这种“外来基因”的剂量爆炸性增强，在水平转移基因中极为罕见。

基因如何工作？表观遗传的精密调控

那么，这个超高表达的 ND1 基因到底做了什么？研究团队在斑马鱼、线虫和细胞系中进行了转基因实验，结果显示，ND1 能够下调宿主细胞内源性的能量生产基因，从而降低基础代谢率。在低温诱导的代谢抑制状态下，表达 ND1 的转基因斑马鱼，其饥饿存活时间延长了 37%。

这就像一个外来的“节能开关”，通过抑制细胞自身的“发电厂”（线粒体氧化磷酸化系统），让生物体进入深度节能状态。

如此精确的基因表达调控，离不开表观遗传机制。研究团队发现，深海等足虫的组蛋白修饰系统（特别是组蛋白乙酰化）得到了显著增强。在它那巨大的、装满食物的胃中，组蛋白乙酰转移酶（HAT）基因发生了特异性扩增和过表达。组蛋白乙酰化修饰像一个个“标签”，精准地贴在 ND1 基因的启动子区域，像打开了“音量旋钮”，驱动其超高表达。

有趣的是，在深海水虱（Bathynomus jamesi）胃部的微生物群落中，编码组蛋白乙酰转移酶的基因也同样富集。这表明，宿主和其胃部共生微生物在表观遗传调控上可能存在着协同进化，共同塑造了这种极端的能量节省表型。

意义与启示

该研究的核心发现：

• 深海等足虫通过古老的水平基因转移劫持了一个能量代谢基因 ND1；

• ND1 通过转染后复制和超表达实现剂量爆炸；

• ND1 在低代谢状态下可使斑马鱼的耐饥饿存活时间延长 37%；

• ND1 解决了巨型化需求与饥饿生存之间的能量权衡问题。

这项研究揭示了一种前所未有的进化策略：深海巨型动物通过“劫持”并表观遗传优化外源的微生物基因，巧妙地解决了“巨大体型的高能量需求”与“极端环境下的能量限制”之间的根本矛盾。

这不仅解释了深海等足虫为何能创造五年不进食的生存纪录，也为我们理解生命在极端环境下的适应能力打开了新窗口。未来，对 ND1 这类基因功能的深入研究，或许能为人类应对饥饿、开发新型代谢调控疗法，甚至为探索外星生命如何在资源匮乏环境中生存，提供全新思路。

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