深海尋“元”記：DNA解碼原生奧秘

原生生物研究中的重難點

原生生物主要包括原生動物和真核微藻，在深海碳循環(huán)和沉積物的構(gòu)造過程中具有重要作用。同時，在深海生態(tài)系統(tǒng)中，原生生物也是連接有機碎屑和大型生物的重要“營養(yǎng)橋梁”——它們能夠攝食有機碎屑（如沉入海底的死亡生物殘骸、糞便顆粒等），同時自身又被更大的生物（如小型甲殼類、魚類幼蟲等）捕食。

由于深海單細胞原生生物的采集培養(yǎng)過程有一定難度，因此目前用形態(tài)學(xué)方法（指科學(xué)家對生物的外形、結(jié)構(gòu)等可見特征來觀察）開展的深海原生生物研究主要針對有殼的種類，如有孔蟲和放射蟲。

大海里的“小蝸?！薄锌紫x

大多數(shù)有孔蟲具有鈣質(zhì)的殼，這些外殼能形成化石，并保留古環(huán)境和古氣候等變化的標記。研究發(fā)現(xiàn)，深海中不僅生活著鈣質(zhì)殼的有孔蟲，還棲息著一些特殊的古老種類。這些種類的殼由有機質(zhì)或其他黏合物質(zhì)構(gòu)成，只有單室結(jié)構(gòu)，基本沒有形成化石的潛力。

深海碳循環(huán)的推動者

放射蟲為單細胞浮游原生動物，其死亡后會有大量的遺骸沉積在海底，可形成化石，同樣含有豐富的古生態(tài)、古環(huán)境信息。放射蟲在深海中廣泛存在，與深海的物質(zhì)循環(huán)密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，這些微小生物的分布規(guī)律與深海沉積物中有機質(zhì)的周期性變化（“脈沖規(guī)律”）高度一致，在碳沉降過程中扮演著重要角色。簡而言之，放射蟲通過自身活動和殘骸沉降，持續(xù)推動著深海碳循環(huán)的運轉(zhuǎn)。

科學(xué)家通過基于形態(tài)學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，深海中仍存在大量未知種類的微型生物，甚至存在一些分類階元非常高（在生物分類體系中處于較高級別的類群，如門、綱甚至更高的級別的生物。換句話說，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的可能不是某個物種或?qū)俚男鲁蓡T，而是整個大類，例如一個新的綱或門的生物）的類群。

由于深海單細胞原生生物采樣技術(shù)及后續(xù)培養(yǎng)過程中的技術(shù)性障礙，目前關(guān)于深海原生生物分類學(xué)的研究十分欠缺。只有解決技術(shù)上的難題，才能更全面地認識深海中原生生物的多樣性，并進一步研究其在生態(tài)系統(tǒng)中的作用。

現(xiàn)代科學(xué)家的“秘密武器”

從深海采集的微型生物樣品一旦離開高壓、低溫的原始環(huán)境，絕大多數(shù)都無法在實驗室存活，因此大部分深海原生生物無法成功培養(yǎng)。如果我們一直依賴傳統(tǒng)培養(yǎng)方法，只能研究極小部分的微型生物，對深海微型生物多樣性的認知會始終存在空白。

分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展突破了傳統(tǒng)培養(yǎng)方法的限制，現(xiàn)在通過直接分析環(huán)境中的DNA，科學(xué)家便能檢測更多難以培養(yǎng)的微型生物種類，大大拓展了我們對深海生物多樣性的認知。

環(huán)境DNA技術(shù)的基本原理

如今，科學(xué)家可以通過環(huán)境DNA技術(shù)來研究深海微型生物。簡單來說，就像收集犯罪現(xiàn)場的指紋一樣，從海水或泥沙里提取微型生物的DNA分子，接著，科學(xué)家會用一種叫PCR的“DNA復(fù)印機”，復(fù)制微型生物的18S rDNA（即編碼真核生物核糖體小亞基的DNA序列，相當于微型生物的“身份證號碼”），通過對比這些“身份證號碼”，科學(xué)家就能知道樣品中有哪些微型生物。

高通量測序技術(shù)的基本原理

高通量測序技術(shù)（High-throughput sequencing）是一種能同時對數(shù)百萬DNA分子進行快速測序的方法，就像超級快速的“生命密碼掃描儀”，一次能識別成千上萬種微型生物的“身份證號碼”，它徹底改變了我們研究生物世界的方式。想象一下，傳統(tǒng)測序方法像用放大鏡一個字一個字地查看書籍，而高通量測序則能同時對應(yīng)數(shù)百萬個DNA片段的信息。

這項革命性技術(shù)具有3大突出優(yōu)勢：首先，是驚人的速度，原本需要數(shù)月才能完成的測序工作，現(xiàn)在僅需幾天即可完成；其次，是超強的全面性，它能一次性捕獲樣品中幾乎所有微型生物的DNA信息，連那些數(shù)量稀少的微型生物也不放過；再次，是令人驚嘆的精確度，也就是對微型生物種屬的識別非常精準。

在科研應(yīng)用方面，高通量測序技術(shù)已經(jīng)成為不可或缺的利器?？茖W(xué)家用它來探索深海微型生物的奧秘，探索這些肉眼看不見的小生命中可能掌握著的地球生命奧秘的關(guān)鍵線索。

環(huán)境DNA技術(shù)結(jié)合高通量測序技術(shù)，這個超級組合幫助科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了許多從未見過的深海小生命，讓我們得以全面了解深海微型生物世界的全貌。現(xiàn)在，科學(xué)家正在用這些新技術(shù)，破解深海生態(tài)系統(tǒng)的運作密碼，拓展對深海原生生物多樣性的認識，以進一步推動深海生態(tài)系統(tǒng)的研究進程。

（責任編輯 / 趙鶴立" 美術(shù)編輯 / 周游）