加勒比海绵全息共生体在弱光带以下的适应性策略：多组学揭示的深度梯度下微生物组与代谢组的协同进化

研究人员针对深海海绵在弱光带(mesophotic)和极弱光带(rariphotic)的生态适应机制这一科学问题，通过整合16S rRNA基因测序(metabarcoding)和超高效液相色谱-高分辨质谱(UHPLC-HRMS)技术，揭示了Demospongiae和Hexactinellida两类海绵通过磷脂稳态调节(homeoviscous adaptation)、氨氧化古菌(AOA)共生及次级代谢产物协同等策略适应不同深度梯度。该研究发表于《Microbiome》，首次系统阐明了极弱光带海绵全息共生体的生态位分化机制，为深海生物适应性进化提供了新范式。

　　

在神秘的深海世界，从阳光可及的弱光带(80-125米)到永恒的黑暗极弱光带(200-305米)，海绵作为"海洋工程师"构建着独特的生态系统。然而，这些古老生物如何在极端压力、低温和营养限制条件下生存？特别是玻璃海绵(Hexactinellida)为何仅分布于弱光带以下？这个谜题长期困扰着科学家。荷兰自然生物多样性中心与莱顿大学的研究团队在加勒比库拉索岛海域展开探索，通过多组学技术揭示了海绵全息共生体跨越深度梯度的生存密码。

研究采用16S rRNA基因扩增子测序分析微生物组，结合UHPLC-HRMS代谢组学技术，对60个海绵样本(24个Demospongiae和36个Hexactinellida)进行跨深度层(弱光带、上极弱光带125-200米、下极弱光带200-305米)的系统分析。通过分子网络分析(GNPS)鉴定次级代谢产物，并利用DIABLO算法实现多组学数据整合。

微生物组多样性揭示宿主特异性适应
Bray-Curtis差异分析显示Demospongiae呈现高微生物丰度(HMA)特征，以Chloroflexi和Acidobacteriota为主导；而Hexactinellida则表现为低微生物丰度(LMA)，由Crenarchaeota和Gammaproteobacteria主导。值得注意的是，氨氧化古菌Cenarchaeum在深水Hexactinellida中呈现物种特异性分布，如在Verrucocoeloidea liberatorii和Conorete pourtalesi中占比高达83.75%，暗示垂直传播可能。

磷脂重塑应对环境压力
代谢组学发现16种磷脂(PLs)和溶血磷脂(LPLs)作为关键差异物。Demospongiae富含短链溶血磷脂如lyso-PC(C17:0)，而Hexactinellida则积累长链多不饱和类型如lyso-PC(C20:5)。这种磷脂链长与饱和度差异反映了温度-压力适应的"膜粘度平衡"(homeoviscous adaptation)策略。特别在下极弱光带，Hexactinellida出现磷脂酰乙醇胺(PE)和磷脂酰丝氨酸(PS)的多样性增加，可能是对磷限制的代谢响应。

嵌套生态系统的化学对话
通过特征分子网络(FBMN)鉴定出zoanthid共生体产生的二溴化生物碱aphrocallistin及其衍生物，在V. liberatorii中浓度最高。同时，玻璃海绵Dactylocalyx pumiceus体内检测到甲壳动物蜕皮抑制剂xanthurenic acid，揭示了"宿主-共生微生物-共栖动物"三级互作网络。

该研究首次系统绘制了极弱光带海绵全息共生体的适应图谱，提出三类创新机制：1) 通过磷脂代谢实现物理环境适应；2) 依赖AOA共生体解决氨毒性问题；3) 与共栖动物形成化学防御联盟。这些发现不仅拓展了"嵌套生态系统"理论内涵，更暗示深海药物开发应关注宿主-共生体协同代谢网络。正如Nicole J. de Voogd教授指出："海绵在深海的每种适应策略，都是生命应对极端环境的智慧结晶"。