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近日，Cell Press旗下綜述期刊Trends in Genetics發表了深海所張海濱研究員團隊撰寫的文章“Genetic adaptations of marine invertebrates to hydrothermal vent habitats”，該文章綜述了近年來有關海洋無脊椎動物對深海熱液環境遺傳適應的研究進展，探討了熱液生物適應極端環境的分子機制。

熱液噴口是深海中獨特的地質結構，具有高溫、缺氧、高硫化物、高金屬濃度和黑暗等特征的極端環境，對生物構成了巨大的生存挑戰，但同時也孕育了獨特的生物群落。無脊椎動物，尤其是環節動物、節肢動物和軟體動物，占據了深海熱液生物群落的主導地位。它們通過一系列復雜的遺傳適應策略，成功在熱液極端環境中生存和繁衍。這些適應策略包括對高溫的耐受性、在低氧條件下的代謝調節、對硫化物的解毒能力、對重金屬的積累與解毒機制，以及在黑暗環境中的感光和行為適應等。

全球熱液噴口分布及熱液區的典型無脊椎動物

近年來，科學家們利用新一代測序技術，對無脊椎動物尤其是環節動物、節肢動物和軟體動物的基因組和轉錄組等組學數據進行了深入分析，揭示了它們對于低氧、重金屬、硫化物和黑暗等極端環境條件適應的分子機制。例如，一些物種通過基因的正向選擇和擴增，增強了熱休克蛋白的表達，以抵御高溫帶來的損傷。在缺氧條件下，它們通過調整血紅蛋白和其他氧結合蛋白的結構和功能，以提高氧氣的獲取和運輸效率。一些物種通過代謝途徑的調整和解毒酶系的強化，有效管理硫化物和重金屬的毒性。而共生關系在熱液噴口生態系統中扮演了重要角色。許多無脊椎動物與硫化物氧化細菌建立了共生關系，這些細菌不僅為宿主提供營養，還幫助宿主解毒。這種共生關系的形成和維持涉及復雜的免疫調節機制和基因表達調控。此外，在深海的常年黑暗環境中，許多物種在感知光的能力和節律調節上也發生了適應性遺傳變化。

無脊椎動物適應深海熱液環境的關鍵基因?

盡管近年來在深海熱液無脊椎動物的遺傳適應研究中取得了顯著進展，但仍面臨諸多挑戰，如深海樣本采集技術的局限性、采集過程中基因表達分析的偏差和深海極端環境模擬裝備的缺乏等。未來的研究需要更完備的樣品采集方法和更先進的深海環境模擬技術，以進一步揭示這些生物在極端環境中生存的遺傳奧秘。此外，表觀遺傳學、單細胞RNA測序技術和CRISPR-Cas編輯技術的應用，將為深海無脊椎動物的適應性研究提供新的視角和工具。總的來講，隨著深海探測技術的發展和新方法的涌現，人類有望在未來對深海熱液生物的遺傳適應機制獲得更加全面和深入的理解。

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論文信息: Zhang, Haibin, Yang Zhou, and Zhuo Yang. "Genetic adaptations of marine invertebrates to hydrothermal vent habitats."?Trends in Genetics?(2024).