深海动物在压力下表现如何

6 月 27 日星期四，由特拉华大学、加州大学圣地亚哥分校和蒙特利湾水族馆研究所 (MBARI) 等研究人员组成的多机构团队在《科学》杂志上发表了一篇论文，对深海“栉水母”——栉水母如何在极端压力下适应和生存提供了新的见解。

事实证明，这种适应的一部分涉及脂质，脂质是所有活细胞膜中发现的脂肪化学化合物，具有储存能量、发送信号和控制物质通过细胞膜等基本功能。

这项研究为我们提供了有关海洋生物如何适应海洋并在海洋中生存的新知识，无论是现在还是未来。它还可能为人类身体提供新信息，特别是神经细胞中发现的一种名为缩醛磷脂的特殊脂质如何在我们的大脑中发挥作用。

特拉华大学生物物理学家 Edward Lyman 和博士生 Sasiri Vargas-Urbano 和 Miguel Pedraza Joya 是这篇论文的合著者。其他合著者包括第一作者 Jacob Winnikoff(MBARI 和加州大学圣克鲁斯分校和圣地亚哥分校的研究员，现就职于哈佛大学)、Steven Haddock(MBARI 海洋生物学家)和项目首席研究员 Itay Budin(加州大学圣地亚哥分校化学和生物化学助理教授)。其他合作者包括来自加州大学圣地亚哥分校健康科学中心、加州大学圣克鲁斯分校、美国国立卫生研究院和康奈尔高能 X 射线科学中心的研究人员。

在极端压力下适应

栉水母是生活在海洋不同深度的捕食动物，它们通过捕食鱼类和贝类幼体来帮助调节海洋生态系统，同时也是其他海洋动物的食物来源。特拉华大学的莱曼说，如果回到过去，第一个与其他动物分离开来的动物就是栉水母——这是去年共同作者哈多克刚刚发现的结果。

“这意味着你我与水母的关系比水母与栉水母的关系更密切，”莱曼说。

而深海则具有低温高压的特点。莱曼解释说，栉水母非常适合解决海洋生物如何适应极端压力环境的问题，因为有多种栉水母生活在海面，最深处可达 2.5 英里，而且只在北极的表面生活，那里的温度通常与深海相同。

“通过研究栉水母，你可以对这些生物进行比较，粗略地控制温度，现在你可以观察生物如何适应压力的变化，”莱曼说，他是特拉华大学物理学和天文学教授，擅长使用分子动力学模拟来表征脂质。

MBARI 的 Haddock 团队收集了 17 种生活在海洋不同区域的栉水母样本，而 Budin 的实验室对它们的脂质组(即细胞膜中的化学物质)进行了广泛的调查分析。

在这项研究中，合作研究人员比较了浅海和深海栉水母的化学成分，发现生活在深海的栉水母的细胞膜具有适应性，使它们能够在极端压力下生存。布丁的初步研究表明，深海栉水母含有大量一种名为缩醛磷脂的特殊脂质分子，而这种分子在我们自己的细胞膜中含量很少。

莱曼说：“缩醛磷脂之所以有趣，是因为它们能让细胞膜弯曲和变形，即使在深海高压下，细胞膜也会变得非常僵硬，这是一种有用的适应性变化。”

分子和膜

膜的基本功能是让物质进出细胞或使细胞分裂复制遗传物质。要做到这一点，细胞膜必须从大致平坦的状态转变为高度弯曲的状态，因此研究人员进行了实验和模拟，以测量不同条件下缩醛磷脂分子的形状。这是因为虽然所有膜都是由不同种类的脂质混合物制成的，但脂质分子的化学性质决定了它是想停留在平坦的膜中还是弯曲的膜中。

特拉华大学的 Vargas-Urbano 利用分子动力学和美国国家科学基金会超级计算机的强大计算能力，模拟了栉水母膜内的所有结构，并模拟了分子在高压下如何移动和相互作用。这个过程花费了大量时间。

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