温度高达400摄氏度的热水从太平洋2000米深处的海底喷涌而出。周围地区充满了足以毒害大多数生物的硫化氢和重金属。但在科学家所说的“地球上最极端的化学地狱”中，一种亮黄色的昆虫Pararvinella hesleri从此幸福地生活着。我不禁想知道他们是如何在这样的环境下生存的。热液喷口附近的 Hesperal Wenschbach 蠕虫的放大图（图片来源：参考文献[1]） Hesperal Wenschbach 蠕虫（图片来源：参考文献[1]） 2025 年 8 月，中国科学院海洋研究所的研究团队在《PLOS Biology》上发表论文（PLOS Biology 发表的惊人发现：Hesperal worms将两者结合起来）一种无价格齿状的“毒火”机制将致命毒物砷和硫化氢转化为无毒雌黄矿物质，实现全球首例解毒固定生物矿化。鸦片本身不就是含有有毒砷的矿物质吗？这是一个重要的问题。砷是一种“剧毒粉尘”，溶于水并很快被细胞吸收，从而造成损害。蠕虫合成的雌黄是一种“有毒矿物质”，难溶于水，在极端环境下无法发挥作用，除非有毒物质被牢固地困在矿物晶体中而无法释放。这些蠕虫是在日本冲绳海槽热液区采集的，用于“净化”无害矿物质。当他们测量线虫中的砷含量时，他们发现了令人惊讶的结果。浓度为每克 10,189 ± 2,231 微克（鲜重），相当于生物体体重的 1%。答：线虫体内不同形式砷的百分比。体内的砷（图片来源：参考文献[1]） 要知道，砷，俗称“砒霜”，是一种剧毒物质。什么更令人震惊的是，其中92.21%的砷是三价无机砷，这是毒性最强的形式。想象一下在 60 公斤重的人体中浓度如此之高。砷的浓度相当于600克纯砷的总含量。这样的数量足以对数百名成年人构成致命威胁，远远超出了个人中毒的范围。那么为什么这种蠕虫一开始是亮黄色的呢？在永恒黑暗的深海中，大多数生物都是灰白色或深红色的，而这种蠕虫的黄色确实很引人注目。对样本进行显微镜检查（图片来源：参考文献[1]）显示，这种蠕虫的上皮细胞中充满了直径为0.77至1.29微米的黄色颗粒，这些颗粒不仅存在于身体表面，还存在于所有与海水直接接触的区域。 。螺旋蠕虫的黄色球形颗粒（图片来源：参考文献[1]）研究人员对蠕虫体内发现的这些黄色颗粒进行了详细分析。他们最初怀疑黄色球形颗粒是共生微生物。然而，通过扫描透射电子显微镜（STEM-EDX）观察，科学家发现这些颗粒的核是由砷和硫组成的矿物晶体。用电子显微镜扫描的黄色颗粒（图片来源：参考文献[1]） 什么是鸦片？古代用作颜料的黄色矿物光亮。有趣的是，它也出现在伦勃朗和塞尚等大师的画作中。但最重要的是，雌黄的毒性比其组成元素（砷和硫化氢）低大约10倍。这就好比两种剧毒的毒药混合在一起，却“提炼”出一种相对无害的物质，可以说是大自然的“以毒攻毒”。怎样才能达到“炼金术”呢？完成转型从毒药到矿物质 那么蠕虫是如何完成这种“炼金术”的呢？研究小组通过蛋白质组分析发现了重要线索。首先要处理的是砷，它的毒性很强。科学家发现，蠕虫的细胞膜上覆盖着一种特殊的蛋白质，称为多药耐药相关蛋白（MRP）。 MRP蛋白可以理解为细胞的“智能水泵”。在人类医学中，众所周知，它能够将化疗药物从癌细胞中泵出，并导致癌症对药物产生耐药性。然而，这种蠕虫赋予系统处理环境毒素的新能力。当砷离子进入细胞质并即将造成损害时，MRP蛋白立即识别它们并“捕获”它们。 “我会。”然后，MRP 蛋白消耗能量并充当单向旋转门，迫使这些砷离子进入称为囊泡的封闭隔室。以避免损坏细胞的其他部分。在萨而现在，它正被另一种毒物——硫化氢——默默地处理着。两种细胞内血红蛋白。Specialized lares (iHem-1) 和 iHem-2) 执行此任务。这两种血红蛋白的结构非常微妙。蛋白链25位是半胱氨酸残基，是一种重要的氨基酸。打个比方来说，蛋白质就像一条由不同珠子组成的项链，每个珠子都是一种氨基酸。硫分子扩散到细胞内，立即与iHem蛋白25位的“扣”精确结合。随后，“快递员”运送了危险的“包裹”，并将其安全地送到了装有砒霜的同一个囊泡中。到目前为止，这两种致命毒素已在“孤立”囊泡的“反应室”中被发现。这些条件是促进砷和硫化氢之间的化学反应形成稳定的、不溶于水的矿物晶体的完美环境。结果，两种高活性、剧毒的液体物质结合形成固体、惰性且相对无害的矿物。毒性被永久“锁定”在晶体结构中。结果表明，Hesperal Wenner 蠕虫的同位素值为 7.19 ± 0.98%，与热液喷口中硫化氢的同位素特征（7.4-7.7%）完全匹配。这种“以毒攻毒”的策略代表了生物体适应极端环境的新范式。传统上，生物矿化主要用于结构加固（壳、骨骼等），而橙线虫的矿物质矿化纯粹用于解毒。自然教科书：从“深海矿工”身上寻找环境管理解决方案 除了赫斯勒贝壳之外，还有另一种“矿物大师”——Chrysomallon squamiferum，生活在深海热液喷口中。拥有鳞核的蜗牛（图片来源：维基百科） 如果说何伟贝壳是一位“炼金术士”，那么有鳞核的蜗牛是“钢铁侠”。它们生活在印度洋的深海热液喷口，其热液富含铁。鳞蜗牛巧妙地利用其环境中的铁和硫来创造出独特的“钢甲”。该层分为三层：最外层是由硫化铁制成的黑色铠甲，中间层是柔软的有机层，最内层是坚硬的钙层。盔甲足够坚固，可以承受掠食性蜗牛的繁琐攻击。换句话说，鳞足蜗牛生物矿化的主要功能是“防御”，并且是向外的。两种形态的腿上有鳞的蜗牛（摄影：Rachel Caauwe）这使得赫斯勒蜗牛更加独特。它的生物矿化并不是为了保护自己免受外部敌人的侵害，而是为了从内部消除致命的毒素。它的功能是“解毒”，是内化的。一种携带体内环境中的金属，另一种则隐藏体内的毒素。它体内的环境。两个“极端邻居”共同展现了与矿产共存的智慧。这项研究不仅突破了我们对极端环境中生命潜力的理解界限，而且为解决现实世界的环境挑战提供了生物学灵感。例如，通过模拟这种自然解毒过程，可以开发出治疗砷污染的新方法。今天，我们面临全球环境挑战，答案可能就在于这些极端生物的生存策略。大自然花了数亿年的时间编写教科书。我们所要做的就是学会阅读并运用其中所蕴含的智慧。参考文献： [1] 王辉，曹立，Zcolgar H，等。深海热液喷口蛀虫通过矿物质的细胞内生物矿化来解毒砷和硫。公共科学图书馆生物学。 2025；23(8):e3003291。
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