管蟲是獨特的深海生物，沒有消化系統，依靠與硫化物氧化內共生細菌(內共生菌)的共生關系獲取營養。這些蠕蟲生活在熱液噴口和冷泉等化學合成生態系統中，它們將內共生菌安置在一個專門的器官中，促進氣體交換，為微生物的有機物質生產提供能量，從而使管蟲生長迅速，群落密集。

巨型管蟲Riftia pachyptila等物種 表現出非凡的生長速度，記錄顯示其管長每年增長超過 85 厘米。如此非凡的生產力表明其代謝過程非常高效，這可能是由管蟲宿主和內共生體共同進化的眾多適應性所驅動。

為了揭示這些迷人的深海生物中宿主-共生體相互作用的復雜性，中國科學院海洋研究所和香港科技大學的聯合研究小組采用了單細胞 RNA 測序技術。

該研究于 7 月 25 日發表在《科學進展》 上。

科研人員與“發現號”遙控潛水器團隊研制出深海原位 單細胞固定系統，對深海管蟲Paraescarpia echinospica的營養體進行分析。

單細胞 RNA 測序與互補分子分析相結合，構建了管蟲營養體細胞圖譜。結果顯示，營養體中存在不同的細胞群，這些細胞群表達與氣體運輸和代謝物穿梭相關的基因，這表明形成了生化梯度，促進了化學合成底物從營養體外圍向中心的輸送。

“我們發現了兩種不同的細菌細胞群，它們占據著每個營養體小葉內不同的微環境，”該研究的第一作者博士說。“這些結果共同證明了管蟲對氣體和代謝物分布的精確控制，在營養體中建立了含氧的外周和缺氧的中樞代謝微環境。”

有趣的是，對共生體關鍵代謝途徑的綜合分析表明，它們的代謝狀態和小葉內的位置之間存在空間相關性。居住在富氧外圍的細菌細胞積極進行碳固定，這是一種有機物質生產過程。

相反，那些棲息在缺氧中心的細菌會參與反硝化作用，可能有助于宿主清除氨廢物。微小營養體小葉內的這種空間組織允許高效地生產營養物質，同時進行廢物解。

王博士說：“我們目前的研究揭示了深海動物共生和環境適應的共同原則，并為微生物與其動物宿主之間的相互作用帶來了新的見解。”

“我們研究的工作流程為生成分子水平表征提供了一種新穎的實驗范例。這種方法可能有助于研究各種非模式生物，特別是海洋動物的生物適應性。”