在比砒霜有毒10倍的环境中，这种生物为何还能幸?

在太平洋下方2000米深处，滚烫的热液从海底喷涌而出，温度高达400摄氏度。周围地区充满了足以毒害大多数生物的硫化氢和重金属。然而，在这个被科学家称为“地球上最强烈的化学地狱”的地方，一种亮黄色的蠕虫Paralvinella Hessleri却幸福地生活着。不禁让人好奇：在这样的环境下，他们如何生存？热液喷口附近的 Hesperal Wenschbacher 蠕虫特写（图片来源：参考文献[1]） Hesperal Wenschbacher 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课题组在《PLOS Biology》上发表文章（PLOS Biology 的一个惊人发现-nai-publish：hesperal Wenschbacher 蠕虫发生了两种砷和氢的化学反应）通过史无前例的“毒火”将无毒雌黄矿物中的硫化物去除，实现了已知的第一个b生物世界中的矿化。并造成伤害。日本（水深1328-1584米）体内可溶性和不溶性砷（图片来源：参考文献[1]）要知道砷俗称“砒霜”，是一种剧毒物质。60公斤的身体非常显眼。体内，研究人员进行了深入分析。起初，他们认为球形黄色颗粒可能是共生微生物。然而，科学家们利用扫描透射电子显微镜（STEM-EDX）发现，这些颗粒的核心是由砷和硫组成的雌黄矿物晶体。扫描电镜下的黄色颗粒（图片来源：参考资料[1]） 什么是雌黄？它是一种亮黄色矿物，古代用作颜料。有趣的是，它出现在m的画作中伦勃朗和塞尚等大师。但更重要的是，雌黄的毒性比其组成元素（砷和硫化氢）低约 10 倍。就好像两种剧毒的毒物混合在一起，却“提炼”出一种相对无害的物质——堪称真正的“以毒攻毒”！如何实现“炼金术”？从毒药到矿物质的完美转变 那么，蠕虫是如何完成这个“炼金术”的呢？研究小组通过蛋白质组分析发现了主要线索。首先要对付的是剧毒砷。科学家发现，蠕虫细胞膜上覆盖着一种特殊的蛋白质，称为多药相关蛋白（MRP）。 MRP蛋白可以理解为“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，从而导致癌症产生耐药性。但在这种蠕虫中，该系统被赋予了新的功能：处理环境毒素。当砷离子进入细胞质时当它即将造成损害时，MRP蛋白会立即识别并“抓住”它。然后，MRP 蛋白消耗能量，并像一扇单向旋转门一样，迫使这些砷离子进入一个封闭的隔室（称为囊泡）。这种囊泡的作用就像一个“细胞级防爆垃圾桶”，确保剧毒的砷被安全隔离，不会伤害细胞的其他部分。与此同时，另一种毒物硫化氢也被悄悄处理。执行此任务的是两种专门的细胞内血红蛋白（IHEM-1 和 IHEM-2）。这两种血红蛋白的结构非常微妙。在它们的链的25位上，有一个碱性氨基酸——半胱氨酸残基。打个比方来说，蛋白质就像一条串有不同珠子的项链，每颗珠子都是一种氨基酸。半胱氨酸“珠子”的特别之处在于它含有一个硫原子，硫原子就像一个“化学磁铁”，对硫化氢有很强的亲和力。当一个当硫化氢分子扩散到细胞中时，它立即准确地结合IHEM蛋白中25位的“扣”。随后，“快递员”带来了危险的“包裹”，并将其装在含有砒霜的同一个囊泡中安全送达。到目前为止，已经在“孤立的”囊泡“反应室”中鉴定出两种致命毒素。在这个被双层脂质膜包围的封闭空间里，环境受到细胞精确的控制：还原、低温、pH值接近中性。这些条件是促进砷和硫化氢之间的化学反应形成稳定的、不溶的雌黄晶体的合适环境。结果，两种液体、高活性、高毒性物质结合在一起，形成固体、固定且相对无害的矿物。毒性被永久“锁定”在晶体结构中。以毒攻毒的机理图解（图片来源：参考【1]）为了证实“以毒攻毒”的假说，研究团队分析了蠕虫体内硫的同位素组成。结果表明，Hesperal Wenner蠕虫的同位素值为7.19±0.98‰，与热液喷口硫化氢的同位素特征（7.4-7.7‰）完全一致。这证明蠕虫直接使用来自喷口的有毒硫化氢，而不是通过生物代谢获得的硫。相比之下，生活在通风口边缘的贻贝主要从海水中获取硫。这种“以火攻毒”的方法代表了生物体适应极端环境的新范例。传统上，生物矿化主要用于增强结构（例如壳、种子），而橙线虫中雌黄的矿化纯粹是为了解毒。 Nature正文：向“海洋矿工”寻求环境治理解决方案 除了何氏蛤，还有另一种“矿产资源”生活在深海热液喷口的“蜈蚣”——Chrysomallon squareferum。鳞足蜗牛（图片来源：维基百科）如果说何氏蛤是“炼金术士”，那么鳞足蜗牛就是“钢铁侠”。它生活在印度洋的深海热液喷口，那里的热液富含铁。鳞足蜗牛巧妙地它利用环境中的铁和硫为自己制造了一种独特的“铁武器”：最宽的一层是由硫化铁制成的黑色盔甲，中间是一层柔软的有机层，而内层是坚硬的钙壳，足以抵御掠食性蜗牛的恼人攻击。足螺（图片来源：Rachel Caauwe）因此，何伟的蛤更加独特——它的生物矿化不是为了防御外敌，而是为了处理死物里面有毒素。功能是“排毒”，进来了。一个将环境中的金属佩戴在体内，另一个将环境毒素隐藏在体内。两个“极端邻居”共同展现了矿物利用的生命智慧。这项研究不仅拓展了我们对极端环境下生命可能性的认识极限，而且为解决世界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，我们可以开发治疗砷污染的新方法。当我们今天面临全球环境挑战时，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为我们编写教科书。我们所要做的就是学会如何阅读和运用其中所蕴含的智慧。参考文献： [1] 王辉，曹立，张辉，等。深海热液喷口蠕虫通过细胞内b解毒砷和硫雌黄的矿化。公共科学图书馆生物学。 2025； 23（8）：E3003291。 特别声明：以上内容（如有，包括图片或视频）由自媒体平台“网易号”用户上传发布。本平台仅提供信息存储服务。 注：以上内容（包括图片和视频，如有）由网易HAO用户上传发布，网易HAO为社交媒体平台，仅提供信息存储服务。