深海水虱是在深海生活且体型巨大的一类甲壳动物，其作为“绝食冠军”的报道曾引起全世界广泛关注。在缺乏稳定食物供给的情况下可存活五年之久，这一惊人的“耐饥饿”能力长期以来被认为是深海寡营养环境适应生物学研究领域的未解之谜。近日，中国科学院海洋研究所甲壳动物生殖与遗传工程研究组联合香港中文大学和西北工业大学等单位，通过多层次组学数据联合分析以及生物学功能验证，率先揭开了深海水虱超强绝食能力的奥秘——它们从共生微生物中获取能量代谢相关基因ND1，并通过遗传和表观遗传调控，实现了其在低代谢率下对能量的高效利用。相关成果以长文形式发表于国际顶级期刊Cell，为深海生物适应极端环境研究提供了全新视角。

图1 詹姆斯深水虱（Bathynomus jamesi）和道氏深水虱（Bathynomus doederleini）

深海环境黑暗、寒冷、食物极度匮乏，如何克服深海寡营养环境对其生存造成的威胁，是深海生物适应环境面临的最大挑战。早在2014年，深海水虱就因其能绝食五年以上的报道而震惊世界。更令人诧异的是，这些等足类甲壳动物会遵循 “柯普-伯格曼法则”（Cope-Bergman’s rule），其体型随栖息地深度的增加而呈现巨大化现象。这就形成了一个鲜明的能量悖论：体型巨大化意味着动物具有更高的能量需求，而深海寡营养环境却难以提供充足的能量供给。对这一悖论的解答将为揭示深海生物超长耐饥饿机制和寡营养环境的独特适应策略提供重要理论依据。

研究团队发现，深海水虱为应对寡营养环境，演化出一套“开源节流”的双重生存策略：一是拥有容量巨大且可储存大量食物的胃，二是维持极低的基础代谢率。深海水虱的胃占据整个身体的2/3左右，远超过在近海或潮间带生活的近缘物种。进一步分析发现，其充满食物且体积巨大的胃中利于食物消化的厚壁菌等微生物的占比不高，反而特异性聚集了与脂质存储相关的衣原体，有效降低了食物消耗速率，并推动了其独特能量存储器官——脂肪体的形成。多项生理指标的检测显示，深海水虱的基础代谢率明显低于近缘物种。这些特征表明，深海水虱可能通过机会性暴食储存食物，再通过降低其基础代谢率，从而延长食物在胃中的驻留时间。

图2 深海水虱的超强耐饿机制解析

图3 深海水虱适应深海寡营养环境的双重策略

进一步研究发现，深海水虱超长绝食能力的获得与一个从外源共生细菌中水平转移并整合到其基因组上的基因（ND1）密切相关。该基因与能量代谢途径中关键基因——电子传递链复合体I同源，提示其可能参与能量代谢过程。非常有趣的是，作为从外源微生物获得的基因，ND1打破了水平基因转移事件的两项固有限制——转移后的基因加倍和超高的表达水平。而且，本研究在深海水虱中发现了一种通过组蛋白表观修饰实现“高效节能、精准调控”的基因表达调控模式，而ND1的超高表达就是受到了组蛋白乙酰化修饰的精准调控。

功能实验显示，将ND1基因敲入的斑马鱼、线虫、293T细胞在常温下均加速了能量代谢过程，反而变得不耐饥饿。然而在低温条件下（模拟深海低温环境，可降低基础代谢水平），ND1的敲入却能有效抑制能量代谢过程，降低线粒体活性，使得斑马鱼耐饥饿能力提升37%。相关研究结果表明，ND1作为线粒体代谢网络的调节因子，能够特异性微调代谢抑制程度，从而解决了深海环境中“体型巨大化对能量的高需求”与“极端环境下对代谢抑制的必要性”之间如何巧妙权衡的难题。

图4古老水平转移基因ND1及其超高表达的组蛋白乙酰化修饰调控机制解析

图5 通过模式生物基因敲入解析ND1的耐饥饿分子调控功能

该研究首次揭示了深海巨型动物通过“水平基因转移+表观遗传优化”来重新编程自身能量分配的全新进化策略，不仅成功解开了深海水虱超长耐饥饿之谜，也为理解极端环境下生命如何权衡生长与生存提供了重要范例。

中国科学院海洋研究所袁剑波研究员、张晓军研究员、李诗豪研究员和西北工业大学王堃教授、首都医科大学孙亚民教授为该文的共同第一作者，中国科学院海洋所的李富花研究员、相建海研究员和香港中文大学朱嘉濠教授为文章通讯作者。该研究得到山东省自然科学基金、国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目的联合资助。

论文信息：

Jianbo Yuan#, Xiaojun Zhang#, Shihao Li#, Kun Wang#, Yamin Sun#, Man Luo, Yang Su, Qi Kou, Chengzhang Liu, Yang Yu, Roujing Li, Long Wang, Xinzheng Li, Kahou Chu*, Jianhai Xiang*, Fuhua Li*. Deep-sea megafauna co-opts microbial energy metabolism genes to withstand ultra-long starvation. Cell, 2026, DOI: 10.1016/j.cell.2026.05.012

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.05.012