中國海洋大學孫進教授課與莊光超教授課題組在淺海化能共生的貝類研究領域取得新進展！

中國海洋大學孫進教授課與莊光超教授課題組

在淺海化能共生的貝類研究中取得新進展

化能共生是海洋生態系統中普遍存在的“宿主—微生物”協作范式，常見于深海熱液、冷泉等極端環境中，然而淺海富含有機物沉積環境中的化能共生機制及其相應的生態地位仍不清楚。近日，中國海洋大學生物多樣性與進化研究所孫進教授課題組與海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室莊光超教授課題組在Science Advances（《科學進展》）雜志發表題為 “Intricate chemosymbiosis in a widespread shallow-water thyasirid clam”（淺海廣布種薄索足蛤中復雜的化能共生機制）的研究成果。

早在1958年我國首次底棲生物生態調查中，薄索足蛤（Thyasira tokunagai）就被列為黃海冷水團沉積物中的優勢底棲物種（圖1）。薄索足蛤所在的索足蛤科是常見于深海熱液、冷泉、深淵的具有化能共生細菌的貝類。因此，在黃海習見的薄索足蛤是否也具有化能共生現象，以及其多樣性、化能通路、速率、對區域生物地化循環的貢獻如何成為亟待解決的科學問題。

圖1 薄殼索足蛤的采樣站位、穩定同位素特征及共生細菌分布

為此，中國海洋大學孫進教授與莊光超教授團隊聯合多家科研單位，組建跨學科研究團隊，歷經6年時間、結合9個共享航次樣品，對黃海冷水團沉積物中的薄索足蛤樣本開展了系統性研究。團隊整合了穩定同位素分析、熒光原位雜交、電子顯微鏡觀察、擴增子組學、宏基因組、宏轉錄組、空間條形碼組及1?C示蹤等多維度技術手段，構建了“形態觀察—組學解析—量化評估”的完整研究體系。

核心研究發現如下：該貝類鰓組織中存在兩類共生硫氧化細菌（分屬同一物種的兩種系統型），以胞外定殖模式形成穩定共生關系，分類學上歸屬于Sedimenticola屬；二者僅在16S rRNA基因第590位存在G/A單堿基差異，空間分布上呈現明顯異質性，但基因組層面的代謝通路高度保守，與宿主形成緊密的代謝耦合網絡（圖2）。功能解析表明，共生細菌可利用宿主微生境中的硫化物作為能量來源，通過卡爾文循環高效固定無機碳，合成有機物、氨基酸及維生素等營養物質，供自身與宿主共同利用；而宿主則采用“沉積攝食+化學共生”的混合營養策略，實現營養獲取的互補與高效化。進一步，研究團隊創新采用“活貝共生體（宿主—微生物復合體）原位環境模擬” 技術，結合高靈敏度1?C示蹤法，精準量化得出（圖3）：薄索足蛤的平均碳固定速率達29.3±8.7 nmol C?clam?1?day?1，單只碳固定能力相當于370毫升底層海水的水平。基于該實測數據，運用克里金插值法估算，黃海薄殼索足蛤種群的年碳匯量約為2.74 Gg C?yr?1，為淺海生態系統碳循環貢獻提供了關鍵量化依據。

圖2 鰓組織中共生細菌的兩種共生系統型的多樣性與空間分布

本研究闡明了淺水薄索足蛤化能共生機制，揭示淺水環境 “宿主—共生菌” 代謝協作新模式，填補淺海化能共生研究空白。該貝類分布廣、個體多、易操作，為海洋化能共生研究提供全新模型；其顯著碳固定能力表明，淺海化能共生生物可能是海洋碳循環中被低估的 “碳匯貢獻者”，為理解淺海生物地化循環提供重要補充。

圖 3 薄索足蛤復合群體的全球分布及共生體的碳固定速率測定

中國海洋大學孫進教授與莊光超教授為該論文的共同通訊作者。中國海洋大學博士研究生李盟功、博士后李云龍及博士毛士海（已畢業）為該論文的共同第一作者。本研究受到國家自然科學基金面上項目、嶗山實驗室科技創新項目、國家重點研發計劃、中央高校基本科研業務費及山東省泰山學者青年專家計劃的資助。

中國海洋大學2023級博士研究生李盟功

文章鏈接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adw8163

• 信息來源:中國海洋大學。

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