「龍珠」現深海 揭生命共生新篇 科大剖析軟體動物生存機制 成果刊《自然通訊》

地球表面約七成由海洋覆蓋，深海佔全球海洋逾九成空間，探索和認知深海生物是維護地球生態平衡的重要基礎，卻是人類認知最少的領域。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。研究成果已於國際學術期刊《自然通訊》發表。

●香港文匯報記者 楊梓穎

獲評為「2024年度全球十大海洋新物種」之一的深海生物「神龍毛皮貝」，體長可達150毫米以上，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，生存環境對大多數動物而言極度惡劣。

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海內外多支研究團隊，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，被極度發達、幾乎佔據身體大部分空間的消化腺系統取代。

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。團隊今次在宿主細胞內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，因此將其命名為「龍珠」。「龍珠」內部沒有細胞核和溶酶體等細胞常見結構，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的共生關係。

揭示動物與共生菌嶄新合作模式

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，有關機制仍待進一步研究確認。

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信號。研究人員指出，這意味着「龍珠」可能參與了宿主與共生菌之間的營養交換，宿主或會透過分解部分共生菌，獲取自身無法合成的重要營養物質，從而在資源匱乏的深海中繁衍生息。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證線索。

團隊又在日本九州泥火山冷泉及南海北部F冷泉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，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、硫及碳循環中扮演維持生態系統運作的關鍵角色。相信隨着人類對深海探索的深入，這些昔日鮮為人知的生物，勢必將為地球生命演化史帶來更多驚喜。