海底热液口甲壳类起源和进化的机制研究

海底热液口是20世纪科学界重大发现之一，以其极端恶劣的环境和奇妙的生命系统越来越受到人们的关注。热液口集独特的能量转换方式、丰富的生物基因资源及特殊的生命形式为一体，是探索生命起源、研究地球环境演变与生物进化相互关系的天然实验室。迄今为止，已经在热液口发现了数千种生物物种，其中90%以上是热液口所特有的。海底热液口是地球上典型的极端环境，与地球早期生命环境极为相似。开展不同海底热液口环境代表生物种类的进化历史、特殊的生命形式和分子机理的研究，对探索生命的起源和地球环境演变与生物进化的相互关系有着重大的意义。本项目将选择使用分布在太平洋和印度洋具有代表性的海底热液口区的八种甲壳类及非热液口近缘物种作为研究材料，通过对线粒体基因组DNA序列、基因排列和结构特征的分析和比较研究，阐明热液口甲壳类起源进化的普遍规律和不同热液口甲壳类起源进化的特殊机制，为研究热液口环境生命的起源与进化提供重要基础。

海底热液口主要分布在大洋中脊和弧后盆地，通常由地壳板块运动形成。尽管这里环境极端，生命依然能在这里繁衍生息。除了化能合成细菌，迄今为止，在已发现的绝大多数热液口中，十足目甲壳类通常是优势种。与“热液口生物是古代动物区系的遗迹”假说相反，越来越多的证据表明海底热液口十足目是在更晚近的时期才开始分化。最近的研究表明，alvinocarid虾起源于中新世。本项目于西太平洋和印度洋的4个热液口取样点分别采集了7个深海热液口十足目代表种。采用分区混合模型对线粒体DNA的系统发育进行分析，结果显示这些十足目物种呈现一致的系统发育拓扑结构。此外，以多种化石标定的分子钟分析显示，bythograeid蟹和alvinocarid虾均起源于中生代和早新生代。尽管分析的样本有限，我们的估算结果支持海底热液口物种的“灭绝-重生”假说。该假说认为晚白垩纪-早第三纪全球范围深海的缺氧/低氧事件引发的大规模的灭绝，导致了大多数热液口生物是在较近的年代才发生分化。西太平洋板块的大陆衍生特性与热液口十足目起源于如海底冷泉这样的浅海区也是相吻合的。我们的结论加深了人们对海底热液口的生命起源与进化及其在西太平洋和印度洋的分布的理解。