研究揭示深海化学合成管虫中宿主与共生体之间存在密切的相互作用

管虫是独特的深海生物，没有消化系统，依靠与硫化物氧化内共生细菌(内共生菌)的共生关系获取营养。这些蠕虫生活在热液喷口和冷泉等化学合成生态系统中，它们将内共生菌安置在一个专门的器官中，促进气体交换，为微生物的有机物质生产提供能量，从而使管虫生长迅速，群落密集。

巨型管虫Riftiapachyptila等物种表现出非凡的生长速度，记录显示其管长每年增长超过85厘米。如此非凡的生产力表明其代谢过程非常高效，这可能是由管虫宿主和内共生体共同进化的众多适应性所驱动。

为了揭示这些迷人的深海生物中宿主-共生体相互作用的复杂性，中国科学院海洋研究所和香港科技大学的联合研究小组采用了单细胞RNA测序技术。

科研人员与“法显”号遥控潜水器团队研制出深海原位单细胞固定系统，对深海管虫Paraescarpiaechinospica的营养体进行了分析。

单细胞RNA测序与互补分子分析相结合，构建了管虫营养体细胞图谱。结果显示，营养体中存在不同的细胞群，这些细胞群表达与气体运输和代谢物穿梭相关的基因，这表明形成了促进化学合成底物从营养体外围向中心输送的生化梯度。

“我们发现了两种不同的细菌细胞群，它们占据着每个营养体小叶内不同的微环境，”该研究的第一作者王浩博士说。“这些结果共同证明了管虫对气体和代谢物分布的精确控制，在营养体中建立了含氧的外周和缺氧的中枢代谢微环境。”

有趣的是，对共生体关键代谢途径的综合分析表明，它们的代谢状态和小叶内的位置之间存在空间相关性。居住在富氧外围的细菌细胞积极进行碳固定，这是一种有机物质生产过程。

相反，那些栖息在缺氧中心的细菌会参与反硝化作用，可能帮助宿主清除氨废物。微小营养体小叶内的这种空间组织允许高效地生产营养物质，同时进行废物解毒。

王博士说：“我们目前的研究揭示了深海动物共生和环境适应的共同原则，并为微生物与动物宿主之间的相互作用带来了新的见解。”

“我们研究的工作流程为生成分子水平表征提供了一种新颖的实验范例。这种方法可能有助于研究各种非模型生物，特别是海洋动物的生物适应性。”