在伸手不见五指、低温高压且食物匮乏的深海环境中，珊瑚究竟如何构筑起自己生机勃勃的“花园”？这个困扰学界多年的珊瑚深海生存谜题，如今终于有了答案。
日前，由中国水产科学研究院黄海水产研究所、香港科技大学、华大生命科学研究院组成的联合团队，首次系统揭示了伪交替深海黑珊瑚的生存智慧——它们依赖体内一套高效、稳定且功能互补的共生系统，完美地适应了极端深海环境。相关研究成果日前发表在国际学术期刊《细胞宿主与微生物》上。
构建全链条分析体系
提起珊瑚，人们首先想到的是浅海海域中色彩斑斓的珊瑚。这些浅海珊瑚的“生存法宝”早已为人熟知——它们体内共生的虫黄藻能通过光合作用，为宿主源源不断提供能量，形成“珊瑚—虫黄藻”的高效共生体系。这也成为学界对珊瑚生存机制的基础认知。
然而，在200米以下的深海区域，阳光几乎无法穿透，虫黄藻的光合作用根本无法开展。更为严峻的是，深海区域常年维持低温（通常低于4℃）、高压（每加深10米增加1个大气压）状态，上层海水飘落的海洋生物碎屑等有机物极其稀少，仅靠“捡残羹剩饭”，深海珊瑚根本难以维持自身的生长与繁衍，更不用说构建复杂的生态系统了。
“深海珊瑚既不能像浅海同类那样依赖虫黄藻的光合作用，又缺乏充足的外源食物，却能长期存活并形成群落。”研究团队成员、华大生命科学研究院研究员孟亮说，这背后必然存在一种未被发现的特殊适应机制。
此前有研究推测深海珊瑚可能依赖体内微生物生存，但微生物与宿主之间如何分工协作，构建稳定体系，始终是一个未解之谜。
为破解这一谜题，研究团队跳出传统海洋生物学单一分析框架，构建了一套融合多学科技术的“宿主—共生菌”全链条分析体系。不同于传统研究仅关注单一微生物或宿主基因，该团队构建了涵盖宿主基因组、优势共生菌基因组等在内的全维度分析体系，为精准解析深海珊瑚共生机制提供了技术支撑。
“我们成功的关键在于构建了以伪交替深海黑珊瑚为基础的研究模型。”孟亮介绍，团队对来自南海与西太平洋的跨不同水深与地理区域的14个伪交替深海黑珊瑚样本进行了系统分析。通过原位杂交链式反应等技术，首次清晰勾勒出共生菌在珊瑚体内的分布图谱和功能分工情况。与传统认知中“杂乱无章的微生物聚居”不同，深海珊瑚体内的共生菌呈现出“精简高效、分工明确”的模块化特征，就像一支训练有素的功能小队，共同构建起珊瑚的生存保障体系。
“神仙队友”各司其职
研究团队对伪交替深海黑珊瑚体内的4种核心共生菌进行了基因组测序与功能解析，重建了这4种共生菌的高质量基因组草图，进而揭开了伪交替深海黑珊瑚共生体系的运作奥秘——珊瑚体内的“神仙队友”虽成员不多，却个个是精英，各司其职，构建起覆盖营养供给、解毒、防御、稳态维持的全链条服务体系。
其中，氨氧化古菌是“首席营养师”。作为体系的核心成员，它承担着“能量制造+废物处理”的双重职责。珊瑚代谢产生的氨对自身具有毒性，而氨氧化古菌能够高效氧化氨，同时以此为能量驱动有机碳、多种氨基酸和维生素的合成，并将这些合成产物直接供给宿主珊瑚使用，实现了“废物资源化”的闭环。
一种此前从未被报道过的新共生菌群（Ca.Bathybacter bathypathes）作为“金牌保健师”，堪称珊瑚的“健康管家”。它能合成血红素、硫辛酸等关键活性物质，既为宿主珊瑚补充营养，又能增强珊瑚的抗氧化应激能力，帮助珊瑚抵御深海环境中可能遭遇的氧化损伤。
深海并非无菌净土，病毒等病原体无处不在。珊瑚体内的两种柔膜菌就像保镖一样，进化出了精准的防御机制：一种携带Ⅱ型CRISPR/Cas系统，另一种拥有3种限制—修饰系统，二者协同构筑起“双重防火墙”，有效抵御病毒入侵。
值得注意的是，这些共生菌并非随机聚集，而是高度集中在珊瑚的中胶层。“中胶层具有良好的通透性，且富含变形细胞，这为共生体系提供了完美的‘运作平台’。”孟亮解释，这里既能实现营养物质的双向扩散，又能为共生菌提供安全微环境，使得多种功能能够在同一空间内高效协同发挥作用。
免疫调控达到动态平衡
学界始终有一个疑问：珊瑚体内寄生着大量微生物，为何珊瑚不将它们当作入侵者清除？这背后，正是珊瑚独特的“免疫智慧”在发挥作用，维系着共生体系的稳定运行。
研究团队通过分子机制解析，构建了宿主调控共生菌稳态的“动态平衡模型”。研究发现，珊瑚的内/外胚层细胞会通过模式识别受体实时监测共生菌的数量和状态。当菌群数量过多时，这些模式识别受体就会通过MyD88接头蛋白激活信号通路，进而诱导TNF-α等因子表达，招募中胶层的变形细胞对多余细菌进行“可控吞噬”。这不仅能清除过量菌群，还能将其消化转化为营养物质。此外，C型凝集素、清道夫受体等还会参与精细调控，确保菌群数量始终维持在最优水平。
“这种适度调控而非彻底清除的免疫策略，是共生体系长期稳定的核心保障。”孟亮说，这一发现首次揭示了深海珊瑚与共生菌和谐共处背后的分子逻辑，阐明了营养供给、氨解毒、抗氧化、病毒防御以及免疫稳态多重功能耦合的分子逻辑，为理解深海生态系统的物质循环、评估生物对极端环境的适应潜力和生态系统韧性提供了理论框架，将助力深海生物多样性评估和深海生物功能基因资源挖掘。（记者 王祝华 通讯员 陈柔汐）
