运用综合观测与分子方法，解决深海巨型等足类动物Bathynomus属在分布和分类上的不确定性问题

《Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》：Addressing distributional and taxonomic uncertainty in the deep-sea giant isopod genus Bathynomus with an integrated observational and molecular framework

　　杰里米·F·詹雷特|托本·里尔|栗前步美伊齐奥卡|本木茂人|香农·E·奥尔德里奇|常永宗|渡边雄树|奥斯汀·J·加拉格尔|雅科夫·格卢兹曼 美国马萨诸塞州波士顿海洋研究所《深海之下》摘要尽管深海（>200米）占据了海洋大部分栖息地，但由于记录零散以及形态相似、难以区分的类群在分类学上的不确定性，其生物多样性基线仍不明确。深海等足类动物中的Bathynomus属就体现了这一问题，由于物种身份无法确定且分子参考资料匮乏，难以解读其分布模式。为系统解决历史上零散的Bathynomus物种鉴定问题，我们从全球生物多样性信息网络等公共数据库以及数字化文献中整理并标准化了全球分布数据库，实施了自动数据完整性检查（如坐标错误、水族馆记录、已发表的误鉴结果及未经验证的描述），并将这些记录与关系数据库中的线粒体条形码相关联。为验证分子分析方法，我们在巴哈马和日本进行了陷阱调查，获得了102个标本，并提取了可用于测序和系统发育分析的高质量组织样本。我们从1994次采样活动中收集了15,564条带有地理信息的记录，其中689条记录与线粒体条形码对应，这一结果支持了“已确认的物种不会分布在多个海洋盆地中”的假设。我们首次重建并注释了B. giganteus的线粒体基因组（14,968碱基对），并通过遗传距离分析来验证标本身份。然而，不均衡的采样力度以及同种物种可用的线粒体标记有限，仍然制约着对Bathynomus的研究，这表明需要扩大标准化采样规模并完善条形码参考资料。引言深海通常指表层海域以下的水域（>200米），占全球海洋体积的95%以上（Danovaro等人，2017；Sutton，2013；Jamieson等人，2025）。尽管深海几乎占据了所有适合生物生存的空间，但其中很大一部分区域仍偏远且难以勘探。作为与人类生计和福祉密切相关的边缘环境，近年来对深海及其众多生态系统服务的研究迅速发展（Howell等人，2020）。在技术进步和公益力量的推动下，深海还面临着来自采矿等工业活动的压力，尤其是在克拉里昂-克利珀顿区，这就促使国际社会加大努力，建立生态基线（Washburn等人，2021；Macheriotou等人，2025）。曾经被认为缺乏多样化的动物群（尤其是食肉动物），但越来越多的研究显示，在不同深度和垂直范围的栖息地中，生物多样性极为丰富（Brandt等人，2007；Uhlenkott等人，2023；Paulus，2021）。甲壳类动物是全甲壳总目中的一个高度成功的并系群，该总目还包括六足亚门（Lozano-Fernandez等人，2019；Schwentner等人，2017）。这类生物具有极高的生态和进化适应性，能够生活在地球上的几乎所有水生环境以及许多陆地环境中。它们的成功不仅体现在极高的物种丰富度上（若将昆虫也算在内，其物种数可达数百万），还体现在多样的生活史策略和功能特征上。这些特征包括体型差异极大，从矮小到巨大不等；摄食策略多样，既有食腐也有禁食；还有适应各种环境和深度的生理特性（McCallum和Riehl，2020；Wilson和Ahyong，2015）。正是这些特性使得甲壳类动物能够栖息在深海，它们还发展出了专门应对巨大压力、极低温度以及食物短缺的生存策略（Riehl等人，2020；McClain等人，2015）。在这些成功的深海定居者中，就有深海等足类动物，尤其是属于等足目：卷尾下目：卷尾总科：卷尾科的Bathynomus属（Milne-Edwards，1879；Bruce，1986）。该属最初是由A. Milne-Edwards在1879年描述B. giganteus时建立的，当时这是该属已知的唯一物种（Holthuis和Mikulka，1972）。2006年对印度-太平洋地区的物种进行修订后（Lowry和Dempsey，2006），该属的物种数量增加到了16种。目前仍有新物种被不断发现，比如B. maxeyorum（Shipley等人，2016）和B. jamesi（Kou等人，2017；Yuan等人，2022），2025年又有了三种新物种被描述：B. vaderi（Ng等人，2025）、B. paracelensis（Huang和Kawai，2025）以及B. wilsoni（Ahyong，2025），而B. apothecarius则预计在2026年被描述（Riehl等人，2026）。目前，Bathynomus属共有24种现存物种和5种化石物种。还有1种物种等待描述（de Andrare和Riehl，未发表数据）。另外，来自安达曼海和巴哈马的至少2种物种也等待在Anil和Bruce的著作中得到描述（未发表数据）。据记载，还有至少4种“已知但尚未描述”的物种存在（Sidabalok等人，2020；Ahyong，2025），这表明我们目前所了解的只是冰山一角，进一步凸显了该属的多样性。自1878年A. Milne-Edwards在墨西哥湾发现B. giganteus以来（Milne-Edwards，1879），由于其庞大的体型，该物种便成为了深海的标志性物种，被称为“巨型”或“超巨型”物种（Lowry和Dempsey，2006；Holthuis和Mikulka，1972）。Bathynomus属的物种经常出现在博物馆、自然历史展览、水族馆以及海洋生物多样性调查中（Briones-Fourzán和Lozano-Alvarez，1991；Kou等人，2017）。Bathynomus属的物种主要栖息在大陆坡的底层区域，深度范围在170至2,140米之间（Holthuis和Mikulka，1972；Kou等人，2017），也有少数记录显示它们出现在22–80米的浅水区以及超过3,000米的深水区（Ecopetrol S.A.和Aquabiósfera S.A.S.，2023）。从全球范围来看，它们的分布主要集中在北纬35度和南纬35度之间，其中印度-澳大利亚板块上的物种多样性最为丰富（Lowry和Dempsey，2006）。20世纪初的调查显示，人们主要关注这些物种的分类、解剖结构和形态特征（Holthuis和Mikulka，1972；Holde和Brenowitz，1981）。那些考察活动依靠拖网和挖泥器来采集等足类动物，但人们认为等足类会避开移动的渔网（Biesiot等人，1999）。后来，人们在陷阱中放置油性鱼类作为诱饵，这一方法彻底改变了对该属的研究方式，因为它表明这些动物是通过化学感应被腐肉吸引而出现的深海食腐动物（Briones-Fourzán和Lozano-Alvarez，1991）。现代的调查则采用非侵入式的自主着陆器以及深海带饵远程水下视频系统（dBRUVS）（Gallagher等人，2023；Due?as等人，2024）。虽然采集和监测方法不断改进，但观测数据集仍然受到元数据不完整、时空信息不精确，以及分类标签错误等问题的限制，这些问题都会干扰分布研究的结果（Huang等人，2022；Ng等人，2025）。最近的分子生物学进展有助于解决分类学上的混乱问题，分析大型重复基因组，以及探究深海生物存活的机制（Yuan等人，2022；Huang等人，2022）。DNA条形码技术对于区分形态相似的物种至关重要，而同种的Bathynomus雄性和雌性之间往往就存在形态相似的情况（Ng等人，2025）。线粒体细胞色素c氧化酶亚基I和16S rRNA序列等保守基因位点有助于识别物种和判断其遗传多样性（Timm等人，2018）。条形码技术还帮助发现了与B. giganteus共生的隐存物种，如B. apothecaries、B. maxeyorum和B. yucatanensis（Shipley等人，2016；Huang等人，2022；Riehl等人，2026）。作为研究对象，Bathynomus属具有诸多优势。它们体型庞大，经常作为深海副渔获物出现，从而为研究提供持续的标本和遗传物质，此外，针对它们的生理特性也已有了大量研究，因此它们非常适合用于开展可重复的研究。不过，只有具备精确的分类信息，Bathynomus属才能作为有效的模型系统，否则就无法可靠地解读或推广相关的生态和基因组研究结果。尽管人们对Bathynomus的生态学、生理学以及进化优势越来越感兴趣，但仍有若干根本性难题制约着基于数据的分析工作。各地的分布记录分散在不同的调查报告、开源平台以及学术论文中，这些记录的整理方式往往不一致，而且很多缺乏标准化的分类学验证（Sidabalok等人，2020；Huang和Kawai，2025）。许多历史上的观察记录来自零散的深海考察或渔业副渔获，而非系统性的调查，这就导致了明显的空间偏差，使得大西洋东部和太平洋东部等地区的采样量不足（Lowry和Dempsey，2006）。人们认为Bathynomus较为罕见，其实这往往是深海调查存在局限性的体现，比如采样工具的选择性、采样力度不均、捕获效率低下（例如有些个体能够避开采样工具或根本没有遇到采样工具），以及形态相似、可能存在隐存关系的同种物种在分类学上的不确定性（Ng等人，2025；Shipley等人，2024）。此外，由于污染问题以及可用参考材料有限，分子鉴定工作的成功率也很低（Riehl等人，2014）。所有这些因素都限制了我们准确分类物种、解析同域分布情况以及检测物种分布范围扩张的能力（Shipley等人，2016）。在这项研究中，我们试图探讨：通过整合经过整理的全球分布数据库、有针对性的野外采样以及系统发育分析，是否能够（i）澄清形态相似且同域分布的Bathynomus物种之间的分类关系，（ii）揭示各物种的分布范围边界及地理异常现象，（iii）为验证物种身份提供可重复的分子分析框架。为了验证这些假设，我们首先整理并注释了迄今为止最全面的Bathynomus观测记录和线粒体条形码数据库，同时采用了标准化的质量评估和控制流程。其次，我们利用这个基于数据的分析框架，确定了采样较充分的区域，进而指导在巴哈马和日本骏河湾开展有针对性的深海野外调查，从而获取高质量的科学样本。借助这些样本，我们对一个B. giganteus个体进行了基因组分析，包括对其线粒体基因组进行测序和重构。从该线粒体基因组中，我们提取了保守的条形码基因位点，并通过比较系统发育分析确认了该物种的身份。方法部分我们从公共数据库和数字化文献中整理并标准化了全球分布数据库，同时设置了自动不确定性标记功能，以便处理误鉴结果和分类学上的修订内容。利用该数据库，我们筛选出了采样量充足的区域，并从两个研究区域采集了遗传样本。我们对这些样本进行了全基因组测序，重构了部分线粒体基因组，还通过系统发育成对距离分析确定了一个B. giganteus标本的身份。分布部分在去除重复数据、进行质量控制以及分类学审核之后，最终得到的整理后的观测数据库包含了1,994次不同的采样事件，以及15,564个带有地理信息的Bathynomus标本，这些标本分布于大西洋、印度洋和太平洋地区（见图3）。其中，共有24种现存物种、5种化石物种的记录，还有221条观测记录因无法确定物种身份而被暂归为Bathynomus属物种。我们对这102个不同的采样样本进行了数字化处理。讨论部分我们建立了一个标准化的全球数据库，其中收录了24种现存的Bathynomus物种的观测记录，其中包括一些尚未被描述的物种，以及5种化石物种的记录。我们运用程序化和自动化的过滤方法，去除了重复记录，标出了误鉴结果和水族馆记录，同时排除了空间信息不一致的观测数据，从而提高了物种分布推断的准确性。本研究还在巴哈马和日本开展了系统的野外调查，通过这些调查我们共获得了102个样本。CRediT作者贡献说明杰里米·詹雷特：写作——审稿与编辑、写作——初稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法设计、研究实施、正式分析、数据整理、概念构建。托本·里尔：写作——审稿与编辑。香农·奥尔德里奇：写作——审稿与编辑。常永宗：写作——审稿与编辑。栗前步美伊齐奥卡：写作——审稿与编辑、数据整理。本木茂人：写作——审稿与编辑。渡边雄树：写作——审稿与编辑、监督工作、资源提供。未引用参考文献Ecopetrol和Aquabiósfera，2023；Grant等人，2026；法国国家自然历史博物馆，Chagnoux, S.，1976；法国国家自然历史博物馆，Chagnoux, S.，2025；Orrell和Stewardship，2026；迈阿密大学罗森斯蒂尔学院，2026；Tempel，2012；Winter，2017。数据可用性声明与本研究相关的所有代码、分析流程以及示例输入/输出文件都存储在版本控制的GitHub仓库中（https://github.com/JeremyFJ/bathy2026），可供公众查阅。经过整理的观测数据库及相关分子信息也可以通过该仓库获取，而且会随着新的记录和分类学修订结果的出现而持续更新。此处分析所使用的静态数据快照也保存在该仓库中，以确保数据完整性。资金支持声明这项研究部分得到了日本学术振兴会科学研究补助金的资助（授予编号为22K21355，资助对象为Y.Y.W.）。利益冲突声明? 作者声明存在以下可能被视为利益冲突的财务利益/个人关系：渡边雄树表示其研究得到了日本学术振兴会的财政支持。其他作者则声明自己没有可能影响本研究结果的任何已知财务利益或个人关系。致谢我们感谢那些为在巴哈马和日本开展的野外调查提供支持的机构和个人，其中包括巴哈马大学的后勤保障，以及渔船Chokane Maru的船长和船员。我们尤其要感谢那些在深海陷阱设置、dBRUVS设备部署以及组织样本采集工作中提供帮助的野外考察团队。我们感谢Drew McDougall提供了高质量的等足类标本照片。同时，我们也向GBIF社区等贡献者表示感谢。