深海碳循环新突破：马里亚纳海沟发现巨型卤代有机物储库

近日，上海海洋大学海洋科学与生态环境学院DOME团队在国际微生物生态学领域顶级期刊《国际微生物生态学会会刊》（The ISME Journal）发表了关于马里亚纳海沟微生物驱动深海碳循环过程的突破性研究成果。ISME杂志作为微生物生态学领域的旗舰期刊，代表着该领域最高的学术水准和影响力，被列为自然指数期刊（Nature index），中科院一区TOP期刊。该项工作由刘如龙研究员和硕士研究生魏慧、徐之澳作为共同第一作者，刘如龙研究员、王丽老师和方家松教授作为共同通讯作者。

海沟作为海洋的最深处，不仅是海洋颗粒物的最终归宿，也是海洋与地球内部物质交换的重要通道。尽管环境极端，海沟沉积物中却富含有机碳并存在活跃的微生物活动，是研究深海碳循环和微生物适应机制的理想场所。该项研究首次系统量化了全球最深海域——马里亚纳海沟沉积物中卤代有机物的总量，发现其含量比以往报道的单一化合物高出数个数量级。在沉积有机碳库中，卤素与碳的平均化学计量比达到1:49。这一发现首次证实深渊海沟可能是一个重要的天然卤代有机物储库，改变了学界对深海有机物组成的传统认知。通过对全球海洋宏基因组数据的分析，研究发现海沟微生物群落中编码卤代有机物降解的基因显著富集。这些具有脱卤潜能的微生物涵盖了16个门、52个目，能够代谢18种结构多样的卤代有机物，显示出海沟微生物群落具有惊人的代谢多样性和适应性。研究团队通过高压培养实验，在模拟海沟环境条件下证实了微生物能够快速降解卤代有机物，并激活相关代谢基因的表达。这一发现直接证明了海沟微生物在极端压力环境下仍然保持着活跃的代谢功能。

该研究首次系统揭示了卤代有机物代谢在深渊海沟碳循环中的重要作用，不仅发现了新的有机物储库，更重要的是阐明了微生物如何在这种极端环境中驱动复杂有机物的转化。这些发现为深入理解全球碳循环、深海生态系统功能以及微生物适应机制提供了重要科学依据。同时，研究所发现的大量深渊特征的极端微生物物种和功能酶类（如脱卤酶）为未来在持久性有机污染物的生物修复等领域提供了重要的资源，具有良好的应用前景。

该项研究得到了自然科学基金（42276149, 92251303），上海市“深渊生物圈”前沿科学研究基地，联合国海洋十年“深海微生物组与生态系统DOME”和“海洋负排放ONCE”大科学计划的支持。

文章信息：Rulong Liu, Hui Wei, Zhiao Xu, Yuheng Liu, Jiani He, Zhixuan Wang, Li Wang, Min Luo, Jiasong Fang, Federico Baltar, Yunping Xu, Qirui Liang, Liting Huang. Extensive halogenated organic compound reservoirs and active microbial dehalogenation in Mariana Trench sediments. The ISME Journal, 2025, wraf273, https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf273

图１深渊微生物对高达18种卤代有机化合物具有完整的代谢通路