科大發現深海「龍珠」 軟體動物特化細菌共生結構 揭生物無氧環境演化奧妙

香港文匯報訊（記者 楊梓穎）由香港科技大學研究團隊近日在南海冷泉區的深海軟體動物「神龍毛皮貝」體內，發現一種名為「龍珠」的全新特化細胞結構。該結構專門用於維持與細菌的共生關係，不僅揭示了深海生物在近乎無氧環境下的生存機制，更為細胞器演化及深海生態系統研究開闢了嶄新方向。相關研究成果已於國際權威學術期刊《自然通訊》發表。

這次研究的對象是獲評為「2024年度全球十大海洋新物種」之一的「神龍毛皮貝」這種隸屬於軟體動物門尾腔綱的深海生物，體長可達150毫米以上，體型顯著大於其相近物種。牠們主要棲息於海床表面以下數十厘米深的泥層中，該處終年無光、近乎無氧，卻富含甲烷與硫化氫，對大多數動物而言是極度惡劣的生存環境。為解開其生存之謎，由科大海洋科學系講座教授錢培元帶領，聯同中國海洋大學教授孫進、香港浸會大學教授邱建文及國內外多支研究團隊，結合解剖學分析、顯微電腦掃描及三維影像重建技術進行了深入剖析。

研究發現，神龍毛皮貝的消化系統發生了驚人的演化：其齒舌已大幅退化，中後腸和肛門幾乎完全消失，取而代之的是一個極度發達、幾乎佔據身體大部分空間的消化腺系統。這些消化腺內聚集了大量共生細菌，成為神龍毛皮貝獲取養分和能量的最核心來源。過往研究已知大型化能共生動物如深海貽貝、管狀蠕蟲等會在細胞內為共生菌提供棲息空間，科學界一直未有明確證據證實動物能夠演化出專門維持細菌共生的細胞器。

科大團隊此次在共生細菌中發現一種全新的細胞共生菌結構，其球形結構直徑約10至15微米，由超過20層膜包圍，外觀猶如被層層包裹的圓珠，團隊因此以拉丁文將其命名為「龍珠」。「龍珠」內部缺乏細胞核和溶酶體等一般細胞常見結構，卻能容納數百至上千個硫氧化共生菌，單一宿主細胞平均可容納超過1,600個共生菌，反映出神龍毛皮貝與共生菌之間已建立高度緊密的共生關係。

基因組分析顯示，這些共生細菌已演化出極強的低氧適應能力。團隊推測，「龍珠」外圍的多層膜結構猶如一道天然屏障，能減慢氧氣擴散速度，讓極度有限的氧氣優先供宿主細胞使用，同時維持共生系統的正常運作。不過，有關機制仍有待進一步研究確認。

此外，「龍珠」周圍存在大量與消化相關的細胞結構和酶類活性訊號。研究人員指出，這意味著「龍珠」可能參與了宿主與共生菌之間的營養交換，宿主有機會透過分解部分共生菌，獲取自身無法製造的重要營養物質，從而在資源匱乏的深海中繁衍生息。

科學界一直相信，動植物細胞內的線粒體和葉綠體，是遠古微生物與宿主長期共生後逐步演化而成的。研究團隊認為，「龍珠」展示了動物與共生細菌間嶄新的合作模式，為研究細胞器如何形成以及複雜生命如何透過共生關係演化出新功能提供了極為重要的實體線索。

除了演化生物學上的突破，這項研究亦拓寬了人類對深海生態的認知。團隊在日本九州泥火山冷泉及南海北部F冷泉均發現了神龍毛皮貝的蹤跡，結合墨西哥灣大型近緣物種的紀錄，大膽推測這類依賴共生細菌生存的生物，可能廣泛分布於全球多個深海冷泉區，並在深海的甲烷、硫及碳循環中扮演著維持生態系統運作的關鍵角色。隨著人類對深海探索的深入，這些過去鮮為人知的生物，勢必將為地球生命演化史帶來更多驚喜。