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深渊沉积物中古菌的宏基因组学研究

    深渊区特指6500m以下的海沟,它是一个黑暗、高压和低温的极端环境,这里存在着非常特殊的生物资源。深渊区主要有海沟组成,地球上超过6,500m的海沟总共有26个,大部分海沟分布在大陆边缘。深渊区的深度占全海深的比例为41%,但面积约占海洋面积的1.7%。由于深渊科学对海洋高技术的依赖,它是目前海洋科学中研究得最为薄弱的环节,因此,被认为是海洋科学的前沿领域之一。
    迄今为止,人类活动对深渊区的影响非常小,所有的事件几乎以自然过程为主,因此,深渊是一个优良的天然实验室;其次,深渊环境中蕴藏特殊的生物资源,它们具有很多适应极端环境的特殊性质,包括独特的生理结构、代谢机制、基因表达调控机制以及许多具有特殊功能的活性物质等,因此,对深渊生物资源的研究开发具有重要的意义;最后,由于深海探索技术的限制,加上耗资巨大,我们对深渊古菌宏基因组和功能的认识还非常有限。
    人类为了探索深海的奥秘,各个国家研制了不同的载人和无人潜水器,但能在深渊区作业的深潜器屈指可数。在载人深潜器方面,1960年,美国海军上尉Don Walsh和瑞士技术专家Jacques Piccard乘坐“的里雅斯特”号深海潜水器,首次成功地下潜至马里亚纳海沟最深处进行科学考察;2012年3月26日,美国的James Cameron独自乘坐潜水器“深海挑战者”号,下潜10,898米,探底西太平洋马里亚纳海沟;同年,最令人振奋的是中国“蛟龙号”7000m海试的成功,标志着我国进入载人深潜的强国之列。在无人深潜器方面,能在全海深作业无人深潜器主要有日本的“海沟”号和美国的“海神”号,而且在马里亚纳和克马德克海沟开展了多个航次,不幸的是这两个无人深潜器分别在2003年5月和2014年5月丢失。日本在“海沟”号丢失之后,搞了一个简易的全海深无人潜水器(ABISMO ROV)可以采集沉积物和水样。英国主要靠两台全海深着陆器(Hadal-lander A and Hadal-lander B)开展深渊海沟调查。卡梅隆团队在研制“深海挑战者”号载人潜水器的同时,也研制了一台全海深着陆器(The DEEPSEA CHALLENGE Alpha Landers),目前已经捐给了斯克里泼斯海洋研究所。在载人潜水器方面,目前唯一能在深渊区工作的只有“蛟龙号”,但是7000m对于深渊来说才仅仅是一个开始。
    作为“蛟龙号”的第一副总设计师崔维成教授,在“蛟龙号”成功之后,又开始了11,000 m载人深潜计划的推进,在上海海洋大学带着他的团队正在努力建造一个由3个着陆器,1个无人深潜器和1个载人深潜器组成的全海深的深渊科学技术流动实验室。受中国载人深潜的影响,在2013年5月,日本海洋研究机构制订了“深海12000”计划,他们计划在2023年将载人深潜器投入地球最深的海底工作。正如美国明尼苏达大学丁抗博士在“蛟龙号”深潜成功后所言,如果我们不抓住载人深潜国际领先机会,中国这种独一无二的深潜优势估计在3-5年或者更短的时间内丢失。因此,从事深渊科学与技术研究,是当今中国深海科学界领先前沿领域的一个千载难逢的机遇。
    本项研究将依托上海海洋大学深渊中心流动实验室的建设,开展深渊沉积物中古菌宏基因组的研究,了解深渊沉积物中古菌的宏基因组及功能和参与的代谢通路,解读古菌的多样性与丰度,探求微生物与深渊环境之间的关系,发掘和研究新的、具有特定功能的基因。