近日，中国科学院海洋研究所深海生态系统过程和健康评价研究组在动物深海极端环境适应机制研究方面取得突破性进展，相关成果以 “A deep-sea hydrothermal vent worm detoxifies arsenic and sulfur by intracellular biomineralization of orpiment (As₂S₃)” 为题发表在国际著名综合性期刊 PLOS Biology。Science、Nature、The New York Times（《纽约时报》）、BBC 等国际主流媒体均刊发评论文章，报道了该研究的创新价值和重要意义。

在大洋板块交界处，岩浆加热的高温海水携带着高浓度的硫化氢、重金属等有毒物质，从海底裂隙中喷涌而出，形成独特的深海热液生态系统。热液喷口附近的生态环境对大多数动物而言过于严酷，但阿尔文虫（隶属于环节动物门多毛纲阿尔文科，是热液喷口特有动物）却能在高温、高硫化氢和高重金属的极端环境中繁衍生息并形成高密度群落。因此“阿尔文虫如何抵御环境毒素、适应极端环境”一直是学界高度关注的科学问题。

依托“科学”号深海热液科考航次，研究团队深入研究了冲绳海槽热液区阿尔文科贺氏拟阿尔文虫（Paralvinella hessleri）。研究发现该物种具有诸多独特特征：首先，它们呈现出罕见的亮黄色体色。通过显微结构分析，研究团队发现其表皮细胞中分布着大量黄色颗粒，是体色的来源。但这些颗粒的成分与其适应极端环境的关系长期不明。其次，贺氏拟阿尔文虫是栖息位置最接近热液喷口的动物，可在距喷口不足 20 厘米、硫化氢浓度极高的区域内成群栖息；相比之下，铠甲虾、贻贝等常见热液动物只能生活在更远处。最后，元素分析显示，贺氏拟阿尔文虫体内富集了大量无机砷。在部分个体中，砷含量竟高达体重的 1%。砷是一种强毒性金属，人类暴露后会导致癌症、神经系统疾病等严重健康问题，但这些蠕虫却能在超高浓度砷环境下安然无恙。

图1 A：贺氏拟阿尔文虫生活的深海热液烟囱，其中A’显示热液喷口附近的贺氏拟阿尔文虫群落；B：贺氏拟阿尔文虫个体；C和D：贺氏拟阿尔文虫躯干及头冠皮下表的亮黄色颗粒。

进一步的组织化学与电子显微分析揭示，贺氏拟阿尔文虫表皮细胞内的黄色颗粒实为特殊矿物结构，这些颗粒主要由砷和硫构成，与标准的三硫化二砷（雌黄矿，As₂S₃）完全一致。也就是说，蠕虫细胞通过某种机制在体内形成了雌黄矿物。随后，研究团队结合全基因组测序与蛋白质组学发现，这些颗粒中显著富集了多药耐药转运蛋白（MRP）与血红蛋白。前者是高度保守的砷转运与解毒蛋白，后者则负责结合和运输硫化氢。

图2 贺氏拟阿尔文头冠表皮中的亮黄色雌黄（As₂S₃）矿物颗粒

基于以上研究结果，研究团队首次提出，贺氏拟阿尔文虫演化出一种独特的 “以毒攻毒” 的砷—硫化氢偶联解毒机制。具体而言，蠕虫通过摄食含高浓度砷的生物膜获取砷化物，这些砷在 MRP 蛋白的作用下被转运并富集到头冠、表皮、鳃丝和消化道等组织的上皮细胞内。同时，硫化氢通过血红蛋白被输送至这些解毒细胞。最终，两种剧毒物质在细胞器内结合，形成不溶性的三硫化二砷矿物，从而被“锁定”并实现解毒。

本研究首次揭示了动物利用两种环境剧毒物质实现自我解毒并适应极端生态位的独特机制。这不仅为理解动物的适应性演化提供了新视角，也为生物矿化研究和环境毒理学开辟了新方向。哈佛大学进化生物学家 Peter Girguis（未参与本研究）评价道：“这是首次在动物细胞内发现砷化物矿物。这一发现提醒我们，生命演化出解决环境难题的方式仍远超我们的想象。”

中国科学院海洋研究所副研究员王昊为论文第一作者，研究员李超伦为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。