深海珊瑚的“小秘密”：高浓度活性氧如何帮助它们在黑暗中生存？

此前，人们尚不清楚健康的深海珊瑚是否会产生一种特殊类型的 ROS，即超氧化物 (O2•-)。超氧化物是一种高活性 ROS，已知会影响海洋生态、生物的生理学，并推动海洋中的化学反应，包括碳的分解和金属和营养物质的生物利用度。发表在PNAS Nexus上的一项新研究首次揭示了深海珊瑚和海绵确实会产生 ROS 超氧化物，这意味着这些化学物质对海洋生物和深海化学具有一系列以前未知的影响。作者证明，ROS 不仅是作为压力反应产生的，而且是其功能的基本组成部分。

在深海中发现这些高活性化合物还可能影响碳循环、金属循环和微生物生态学等。目前这还是一个未知数，但从更广阔的角度来看，这令人兴奋。

这篇发表在PNAS Nexus上的论文研究发现，深海珊瑚和海绵是活性氧的热点区域。这颠覆了我们之前对深海生物的认知，因为活性氧通常与高能量代谢和光合作用相关，而深海环境则相对稳定且黑暗。研究人员通过先进的深海传感器，直接测量了深海珊瑚和海绵产生的活性氧，证实了之前的假设。这一发现对于理解深海生态系统、珊瑚生理学以及气候变化对海洋的影响具有重要意义。

参考文献：Lina Taenzer, Scott D Wankel, Jason Kapit, William A Pardis, Santiago Herrera, Steven Auscavitch, Kalina C Grabb, Erik Cordes, Colleen M Hansel. Corals and sponges are hotspots of reactive oxygen species in the deep sea. PNAS Nexus, 2023; 2 (11) DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad398

一、什么是活性氧和深海传感器？

1、什么是活性氧？

活性氧，简单来说就是氧气家族中比较“活跃”的成员。它们比普通的氧分子更具反应性，容易与其他物质发生化学反应。在生物体内，活性氧既是细胞代谢的副产物，也是细胞信号转导的重要分子。

活性氧主要在细胞内通过线粒体电子传递链等过程产生。能杀灭入侵的病原体，参与细胞信号转导等，但过多的活性氧会损伤细胞的蛋白质、脂质和DNA，导致衰老和疾病。

深海环境中，由于压力大、温度低、食物匮乏，生物的代谢速率通常较慢。因此，深海生物产生活性氧的机制一直是科学家关注的焦点。

2、什么是深海传感器

深海传感器是一种专门为深海环境设计的测量仪器。它可以搭载在各种载具上（如潜艇、无人机、锚系浮标等），下潜到深海中，实时监测并记录各种海洋数据。

 深海传感器可以测量温度、盐度、压力、溶解氧、浊度、叶绿素含量、pH值等多种参数。由于深海环境的极端条件（高压、低温、黑暗），深海传感器需要具有耐压、耐腐蚀、低功耗等特点。深海传感器可以帮助科学家了解深海的物理、化学和生物过程，揭示深海生态系统的奥秘。

这项研究，科学人员利用深海传感器直接测量了深海珊瑚和海绵周围的活性氧浓度，发现这些生物产生的活性氧水平远高于预期。这表明，深海珊瑚和海绵可能具有特殊的机制来产生和利用活性氧，以适应深海的极端环境。

二、为什么深海珊瑚和海绵会产生大量的活性氧？

深海珊瑚和海绵产生大量活性氧是一个非常有趣且重要的科学发现。为什么深海珊瑚和海绵会产生大量的活性氧，可能是由于深海环境的特殊性。 深海的高压环境可能加速了某些化学反应，从而促进了活性氧的产生。低温虽然减缓了生物的代谢速率，但也可能改变了酶的活性，影响了活性氧的生成和清除。深海食物资源有限，生物为了获取能量，可能需要进行高效率的能量代谢，而这可能导致活性氧的产生增加。

在深海特殊的环境下，生物自身的适应机制等多方因素共同作用下，导致深海珊瑚和海绵产生大量活性氧。

目前，我们对这一现象的了解还比较有限，还需要更多的研究来揭示其中的奥秘。

三、这一发现对我们理解海洋生态系统有什么影响？

深海珊瑚和海绵产生大量活性氧的发现，不仅拓展了我们对深海生物学的认知，也为我们深入了解海洋生态系统的复杂性提供了新的视角。这一发现对于海洋生态系统的保护、气候变化研究以及生物医学等领域都具有重要的意义。

这项研究挑战了对深海生物的传统认知，长期以来，我们认为深海环境恶劣，生物代谢缓慢。这一发现表明，深海生物的代谢可能比我们想象的更活跃。活性氧在深海生物的生理过程中扮演着重要的角色，这为我们研究深海生物的适应机制提供了新的视角。深化了对深海生态系统复杂性的认识，活性氧的产生可能影响深海生物之间的相互作用，例如捕食者与猎物、共生关系等。活性氧的产生和清除过程可能参与深海生态系统的物质循环。为深海生态系统的保护提供了新的思路，了解深海生物对活性氧的响应机制，有助于我们制定更有效的深海生物多样性保护策略。在进行深海生态系统修复时，需要考虑活性氧的因素，以避免对生态系统造成二次伤害。

五、思考

这篇论文的发现为深海生态系统研究开辟了全新的视角。那么：

深海珊瑚和海绵中产生活性氧的具体酶类有哪些？这些酶的活性受到哪些因素的调控？深海生物的电子传递链是否具有特殊的结构或功能，以适应活性氧的产生？深海生物体内的共生微生物在活性氧的产生和代谢中扮演着怎样的角色？

深海生物如何平衡活性氧的产生和清除，以适应高压、低温等极端环境？活性氧在深海生物的信号转导通路中发挥哪些作用？活性氧在深海生物的免疫防御系统中扮演着怎样的角色？

海洋酸化、温度升高、污染等环境因素如何影响深海生物的活性氧水平？营养物质的供应是否会影响深海生物的活性氧产生？深海热液喷口、冷泉等极端环境下的生物活性氧水平如何？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助。

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