在漆黑如墨、压力接近150个大气压的南海1500米深处，“深海勇士号”载人潜水器的探照灯仅能照亮前方一小片区域。下潜人员紧盯着舷窗外，一手攥着伪交替深海黑珊瑚的特写照片，目光在强光边缘的朦胧暗影中快速扫视、比对。

“就像在黑暗森林里寻找一个特定的对象。”邵长伟团队成员位战飞谈到，“同属珊瑚宏观形态极为相似，任何一个关键环节出现偏差，都可能影响最终判断。”

2022年夏天，这场始于“探索一号”科考船的深海采样，目标直指寿命可达数千年甚至更久的黑珊瑚类群成员之一——伪交替深海黑珊瑚。长久以来，科学家们困惑：在缺乏阳光的深海荒漠，它们赖以生存的能量究竟从何而来？

中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员邵长伟团队，联合香港科技大学、华大生命科学研究院等单位，决定从“宿主-共生菌”全基因组互作的全新视角寻找答案。日前，这项全球首次揭示深海黑珊瑚“内部废物循环”的微生态研究，在国际期刊《细胞-宿主与微生物》正式发表。

国际共生领域著名科学家对此给予高度评价：“这项工作为理解深海黑珊瑚在极端环境中的生存提供了范式案例。”

伪交替深海黑珊瑚采样急形态图

深海寻踪：从黑暗森林到“内循环农场”

获取鲜活完整的样本，是破解谜题的第一步，也是一场与时间的精准博弈。

“下潜到1500米需要约半小时，上浮同样耗时，我们在海底的有效工作时间通常只有几个小时。”华大生命科学研究院研究员孟亮介绍。

更大的挑战在样本离开深海那一刻开始。压力骤降，珊瑚柔软的水螅体会塌缩、脱落，伴随大量黏液分泌，从肉眼观察上看，就像是在“化掉”。“我们必须在样本出水后争分夺秒地处理样品。”位战飞说，“稍有延迟，千里迢迢采回的珍贵样本就可能化为一摊黏液。”

即便样本保存完好，鉴定细胞内微小的共生菌仍是难题。电镜下它们只是“模糊的小点”。邵长伟团队邀请不同领域专家，如侦探般逐张审视电镜图像，通过细胞结构的蛛丝马迹反复辩论、比对，才最终确定种类。

当第一批样本的分析结果出来时，团队感到了困惑。数据显示，伪交替深海黑珊瑚体内的共生菌群异常“精简”且稳定，主导者并非细菌，而是一类典型的化能自养古菌。

“这种以古菌为核心的共生模式，在已报道的珊瑚共生体系研究中非常罕见，”邵长伟对《中国科学报》指出，“更让我们困惑的是，这类古菌通常需要依赖氨的氧化获取能量，而我们采样的这片海域，已知可利用氨的来源并不显著。”

面对数据与理论的矛盾，团队开始了广泛的文献调研，并重新审视黑珊瑚体内可能存在的代谢途径。与其假设这些古菌完全依赖环境供给，不如反过来思考：在深海这样资源受限的环境中，宿主自身的代谢活动是否可能成为一个稳定而持续的能量来源？

“那一刻，我们有了一个大胆的猜想，”邵长伟提出，“黑珊瑚体内的古菌，是否正在利用宿主自身产生的代谢废物作为能量来源？”

研究的方向被彻底扭转。团队从寻找“外部能量输入”，转向探索“内部循环利用”的全新范式。

为了验证这一猜想，必须获得更多来自不同海域的样本进行比对。单靠一个团队几乎无法完成。一场跨机构的“科学接力”随即启动。

“我们迅速联系了国内多家拥有深海样品的科研单位，”邵长伟介绍，“同行们了解到研究意义后，都给予了毫无保留的支持。”来自南海、西太平洋等多海域的珍贵样本陆续汇聚。

多海域样本的比对分析带来了确凿证据：这种以古菌为核心的、精简高效的“内循环”模式，在伪交替深海黑珊瑚中普遍存在。

一个完整的“内循环生态农场”模型逐渐清晰：珊瑚代谢产生的氨、尿素等“废物”，被共生古菌转化为可利用的营养物质，回馈宿主；同时，宿主通过免疫系统动态调控共生菌的数量与状态，实现稳定共生。

研究还意外发现，两类柔膜菌扮演“保镖”角色，利用CRISPR-Cas和限制修饰系统识别并清除入侵的病毒，为共生体提供重要的抗病毒防御能力。一种未曾报道的细菌合成耐压相关物质，帮助整个共生体系适应深海极端环境。

“这个系统就像一个高度整合的‘超级生命体’。”邵长伟总结道，“各成员分工明确，宿主总体调控，共同在极端环境下构建了一个稳定的微型生态系统。”

邵长伟在实验中

技术攻坚：让共生菌“现身”

理论模型的建立，离不开坚实的技术支撑。而在验证“内循环”范式的道路上，技术挑战接踵而至。

最大的难点之一，是如何直观地“看到”共生菌在珊瑚组织中的确切位置。团队最初尝试了常规的荧光原位杂交技术，却遭遇了失败。

“深海黑珊瑚的宿主组织本身会产生非常强烈的自发荧光，就像在探照灯下寻找微弱的烛光，目标信号完全被背景‘淹没’。”邵长伟解释道。

面对困境，团队邀请了国内该领域的专家共同攻关。经过反复尝试，他们放弃了传统方案，转而采用了更新、更灵敏的杂交链式反应技术。这项技术最终成功地“点亮”了共生菌，清晰揭示了它们在珊瑚组织中的精确分布。

另一个挑战来自透射电镜下的鉴定工作。在黑白灰的复杂细胞超微结构图像中，如何确认某个微小结构就是目标共生菌？

“这里没有一键式的自动化方法，”位战飞说，“依靠的是最扎实的‘笨功夫’和专家的‘火眼金睛’。”研究人员需要逐张比对电镜照片，仔细观察细胞的形态、大小、膜结构等特征，再与已有文献进行反复核对。

这个过程枯燥却至关重要，是通过微观形态为共生菌“验明正身”的关键一步。

这一系列技术突破，如同拼图般，全球首次将“内循环生态农场”的完整图景一块块拼合起来，揭示了深海黑珊瑚“内部废物循环”的微生态。

邵长伟与团队成员在实验室  受访者供图

深远回响：从论文发表到未来探索

2025年初，凝聚了无数心血的论文投往《细胞-宿主与微生物》。选择这本期刊，源于该期刊对“宿主-微生物”互作机制的专注。

然而，顶刊发表之路从未平坦。审稿意见很快返回，提出了两个核心质疑：这个“内循环”模型是特例还是普遍范式？能否提供更直观、更坚实的实验证据？

“这两个问题，恰恰点中了我们最想证明、也最难证明的核心。”邵长伟坦言。而此前跨越多个机构的样本协作与技术攻关，此刻成为了回应的关键。

交叉融合的合作模式，是这项研究能够应对挑战的底气。黄海水产研究所、香港科技大学、青岛农业大学等单位紧密协作，带来了不同学科的视角碰撞。

“最宝贵的，是在合作中形成的‘理性质疑’文化。”邵长伟回忆。在分析宿主免疫调控机制时，团队内部曾就某个免疫信号的含义产生激烈争论。

“一方认为这代表宿主在‘抵抗’共生菌，另一方则认为是一种精妙的‘管理’机制。”位战飞描述道，“那段时间，大家几乎天天线上激辩，像‘老顽固’一样坚持己见。”

这场持续近一周的争论，并未阻碍研究，反而推动团队共同设计了新的分析方案去寻求数据验证，让最终结论更加严谨、坚实。

历经一轮大修、两轮小修，这篇论文在终在七个月后被正式接收。国际共生领域著名科学家Ziegler和Pogoreutz在期刊同期发表评述文章，高度评价“这项工作为理解深海黑珊瑚在极端环境中的生存提供了范式案例”。

研究的意义不止于一篇论文。它揭示了深海生态系统可能并非完全被动依赖外界输入，而是存在着高效的内部物质循环。这为深海生物多样性保护提供了新思路：在生态修复中，需同步考虑共生菌群的移植与保育。研究同时推开了一扇窗，深海“千年寿星”与其微观伙伴的身影渐渐清晰——在永恒的黑暗里，它们用协同与循环，写下了生命在极端环境中的坚韧与智慧。

对于希望踏入深海生物学、海洋基因组学等领域的青年科研人员，邵长伟分享了自己的科研心得：“在‘冷门’中坚持，在合作中突破，用技术探索生命，以敬畏理解深海。”

如今，团队的目光已投向更深处。“我们将继续解析共生菌群内部的精细协作网络，并探索这套精妙的生存范式，在更广阔的深海生命世界中是否普遍存在。”邵长伟坚定地说。

论文相关信息：

https://doi.org/10.1016/j.chom.2025.10.020