图片来源：维基百科
撰文 | 伊丽莎白·安妮·布朗（Elizabeth Anne Brown）
翻译 | 蔡雨辛
在海洋深处，巨大的压力会把大多数栖息于地表的生物压碎。那么，像果冻一样绵软、透明的栉水母是如何在数千米深的海底生存下来的？
最近一项发表于《科学》（Science）的研究解释了深海中的栉水母是如何在极高的压力下保持完好无损，以及为什么会在被带到水面后“破碎”。哈佛大学深海生物化学家雅各布·R. 温尼科夫（Jacob R. Winnikoff，这项研究的第一作者）解释说：“对于一些深海栉水母来说，它们的细胞膜其实在压力下更稳固。”
栉水母，也叫做梳状水母，看起来是如幽灵般的一团黏性物。它们拥有如同梳子的结晶状栉板，这样的结构就像在水中摆动的小桨一样，能够折射光线形成彩虹。尽管栉水母看起来虚无缥缈，但它们是贪婪的捕食者。在我们这颗“水球”上，它们从南极到北极到处吞食浮游生物、甲壳类动物和小鱼。尽管它们的名字中有“水母”二字，但它们与水母之间并没有密切的亲缘关系。
为了弄清楚为什么深海中的栉水母能够在高压环境下完好无损，但是到了水面却会身体变形，来自世界各地的研究人员收集了生活在不同深度的栉水母物种。例如，潜水员在美国夏威夷大岛周围的海洋和北冰洋中打捞了浅水区的栉水母物种，也在美国加利福尼亚州海域操纵遥控车辆下潜到水下4000米，轻轻地吸取这里的栉水母物种。通过比对不同栉水母物种的组织，研究人员发现，栉水母所在的深度越大，其缩醛磷脂酰乙醇胺（plasmenyl phosp-hatidylethanolamine，简称PPE）的含量就越高。PPE是一种存在于细胞膜中的圆锥形磷脂（一类脂质）。
温尼科夫解释表示，在高压下，所有分子都会被轻微挤压变形，对于脂质，它们特别柔软，所以圆锥形脂质分子往往会在海洋深处变成圆柱形。通常而言，当圆锥形与圆柱形脂质分子共同存在时，可以使细胞膜兼具较好的稳定性和柔韧性。温尼科夫说，如果没有足够的圆锥形分子，圆柱形分子会像砖块一样紧密排列在一起，导致细胞无法正常运作。例如，蛋白质，即细胞的“机器”，将没有足够的空间进行移动和运作。信号无法传导，使得细胞丧失功能。
温尼科夫和同事使用粒子加速器描绘了PPE的结构，他们发现，这种分子的圆锥形锥度比其他已知的磷脂都要更大。研究人员通过建模证明，PPE的锥度足够大，即便在压力下也能保持圆锥形。但这也有不利的一面：适应深海生活的栉水母需要高压来保持细胞膜的完整性。研究人员发现，随着压力降低，PPE的圆锥形结构会扩张。而且，这种变化会导致细胞膜出现波纹与裂纹，并最终卷曲成纳米级的“通心粉”状。
接着，研究人员使用基因工程技术，将大肠杆菌中约四分之一的磷脂替换成PPE，由此增加了大肠杆菌中的PPE含量。他们发现，在高压环境下，大肠杆菌的生长通常会变慢。但对新合成的高PPE水平菌株，即便处于模拟5000米水深的环境中，也与在水面环境中的表现“完全相同”。
在丹麦技术大学研究栉水母的生态学家科妮莉亚·贾斯珀斯（Cornelia Jaspers）表示，该团队的发现“非常棒”，并且“解答了一个很早很早以前就存在的有关栉水母的问题”。“阿克瓦普兰-尼瓦”（Akvaplan-niva）是挪威的一家非营利机构，主要专注于水生环境研究。机构中的海洋生态学家桑纳·马亚内瓦（Sanna Majaneva）表示，她从十几年前开始研究栉水母，现在她终于知道为什么大量样本在她眼前“溶解”、“破裂”和“粉碎”，这让她非常高兴。
这项工作还有助于研究陆地生物，因为PPE也是人类神经系统的一部分，其水平下降与阿尔茨海默病等疾病有关。加利福尼亚大学圣迭戈分校的生物物理学家伊泰·布丁（Itay Budin，这项研究的共同作者）表示，确定PPE曲率的大小，并且知道如何操纵这种分子的水平，可能为探索神经系统疾病治疗方法提供新的途径。
本文节选自《环球科学》2024年9月刊前沿部分
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