在大洋板塊交界處，巖漿加熱的高溫海水?dāng)y帶著高濃度硫化氫、重金屬等有毒物質(zhì)，從海底裂隙中噴涌而出，形成獨(dú)特的深海熱液生態(tài)系統(tǒng)。熱液噴口附近的生態(tài)環(huán)境對大多數(shù)動(dòng)物而言過于嚴(yán)酷，但阿爾文蟲卻能在高溫、高硫化氫和高重金屬的極端環(huán)境中繁衍生息并形成高密度群落。因此阿爾文蟲如何抵御環(huán)境毒素、適應(yīng)極端環(huán)境，一直是學(xué)界高度關(guān)注的科學(xué)問題。
依托“科學(xué)”號深海熱液科考航次，中國科學(xué)院海洋研究所研究團(tuán)隊(duì)深入研究了沖繩海槽熱液區(qū)的阿爾文科賀氏擬阿爾文蟲。該物種具有諸多獨(dú)特特征：它們呈現(xiàn)出罕見的亮黃色體色。研究團(tuán)隊(duì)通過顯微結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，其體色來源于表皮細(xì)胞中分布的大量黃色顆粒，但這些顆粒的成分與其適應(yīng)極端環(huán)境的關(guān)系尚不明確。賀氏擬阿爾文蟲是棲息位置最接近熱液噴口的動(dòng)物，可在距噴口不足20厘米、硫化氫濃度極高的區(qū)域內(nèi)成群棲息；相比之下，鎧甲蝦、貽貝等常見熱液動(dòng)物只能生活在更遠(yuǎn)處。此外，元素分析顯示，賀氏擬阿爾文蟲體內(nèi)富集了大量無機(jī)砷。在部分個(gè)體中，砷含量高達(dá)體重的1%。砷是一種強(qiáng)毒性金屬，人類暴露后會(huì)導(dǎo)致癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)疾病等嚴(yán)重健康問題，但這些蠕蟲卻能在超高濃度砷環(huán)境下安然無恙。
進(jìn)一步的組織化學(xué)與電子顯微分析揭示，賀氏擬阿爾文蟲表皮細(xì)胞內(nèi)的黃色顆粒實(shí)為特殊礦物結(jié)構(gòu)，這些顆粒主要由砷和硫構(gòu)成，與標(biāo)準(zhǔn)的三硫化二砷完全一致。也就是說，其表皮細(xì)胞通過某種機(jī)制在體內(nèi)形成了雌黃礦物。研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合全基因組測序與蛋白質(zhì)組學(xué)發(fā)現(xiàn)，這些顆粒中顯著富集了多藥耐藥轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（MRP）與血紅蛋白。前者是高度保守的砷轉(zhuǎn)運(yùn)與解毒蛋白，后者則負(fù)責(zé)結(jié)合和運(yùn)輸硫化氫。
基于以上研究結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)提出，賀氏擬阿爾文蟲演化出一種獨(dú)特的 “以毒攻毒” 的砷-硫化氫偶聯(lián)解毒機(jī)制。具體而言，賀氏擬阿爾文蟲通過攝食含高濃度砷的生物膜獲取砷化物，這些砷在MRP蛋白的作用下被轉(zhuǎn)運(yùn)，并富集到頭冠、表皮、鰓絲和消化道等組織的上皮細(xì)胞內(nèi)。同時(shí)，硫化氫通過血紅蛋白被輸送至這些解毒細(xì)胞，兩種劇毒物質(zhì)在細(xì)胞器內(nèi)結(jié)合，形成不溶性的三硫化二砷礦物，從而被“鎖定”并實(shí)現(xiàn)解毒。
研究揭示了動(dòng)物利用兩種環(huán)境劇毒物質(zhì)實(shí)現(xiàn)自我解毒并適應(yīng)極端生態(tài)位的獨(dú)特機(jī)制。這不僅為理解動(dòng)物的適應(yīng)性演化提供了新視角，也為生物礦化研究和環(huán)境毒理學(xué)開辟了新方向。
相關(guān)研究成果以A deep-sea hydrothermal vent worm detoxifies arsenic and sulfur by intracellular biomineralization of orpiment (As2S3) 為題，發(fā)表在PLOS Biology上。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等的支持。
論文鏈接
賀氏擬阿爾文蟲生活的深海熱液煙囪及賀氏擬阿爾文蟲個(gè)體
賀氏擬阿爾文頭冠表皮中的亮黃色雌黃礦物顆粒
本文鏈接：研究揭示深海熱液動(dòng)物“以毒攻毒”獨(dú)特適應(yīng)機(jī)制http://m.sq15.cn/show-12-1798-0.html
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