深海生物及其基因 資源調(diào)查動態(tài)與我國現(xiàn)狀

邵宗澤，國家海洋局第三海洋研究所研究員，國家海洋局海洋生物遺傳資源重點實驗室主任。國家百千萬人才工程人選，國家政府特殊津貼專家，中國大洋協(xié)會重大項目首席科學家，中國大洋有突出貢獻專家。建立了我國第一個規(guī)范化的海洋微生物資源保藏管理中心。

深海是地球表面生物多樣性最豐富的地區(qū)，對深海生物系統(tǒng)及生物資源的研究，對于生物起源和進化、生物對環(huán)境的適應(yīng)性以及醫(yī)藥衛(wèi)生、生物技術(shù)、輕化工等方面的研究，都能夠起到重要的推動作用。近年來，國際上對深海生物資源，尤其是深海生物基因資源的勘探和研究越來越關(guān)注，邵宗澤研究員為我們介紹了國內(nèi)外深海生物資源的勘探和研究現(xiàn)狀，并對我國這方面存在的問題與不足提出了自己的看法與建議。

記者：請您為我們介紹一下深海生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查研究的意義與動態(tài)情況。

邵宗澤：深海水體、深海沉積物、深海平原、海山、海溝、冷泉等各種生境構(gòu)成了深海特殊的生態(tài)系統(tǒng)。深海生態(tài)系統(tǒng)是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，復(fù)雜獨特、生境多樣，蘊藏著巨大的基因資源，已引起國際社會高度關(guān)注。

與地球上其他生態(tài)系統(tǒng)相比，對深海生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)查研究還很少。雖然早在1977年，美國“阿爾文”號深潛器就發(fā)現(xiàn)了深海熱液區(qū)，但目前對深海熱液生態(tài)系統(tǒng)的認識還比較膚淺。不同地質(zhì)背景的熱液成分及生物群落組成具有獨特性，目前對各大洋的熱液生態(tài)系統(tǒng)的分布與生物種群特征還沒有全面的了解。對古菌、細菌以及噬菌體等在深海生態(tài)系統(tǒng)的形成與維持過程中的作用，還有很多問題等待解答，熱液活動在地球生命起源中的作用仍是一個謎。

記者：深海微生物是深海生態(tài)系統(tǒng)的重要成員，請您介紹一下國際上深海微生物調(diào)查研究的情況。

邵宗澤：微生物是深海生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，與其他海洋生物形成了密切的共附生關(guān)系。深海極端高溫、低溫、有氧、無氧等各種各樣的環(huán)境條件選擇出了多種多樣的微生物。營養(yǎng)貧乏的大洋環(huán)境造就了寡營養(yǎng)的海洋微生物，寡營養(yǎng)微生物以其精簡的基因組和特殊的代謝機制適應(yīng)了特殊的深海環(huán)境。總的來說，各種古菌、細菌、噬菌體廣泛分布于整個海洋環(huán)境，構(gòu)成了獨特的“深部生物圈”，它們在地球生物化學循環(huán)中起著重要作用。

其中，深海化能自養(yǎng)微生物對熱液及海底冷泉生態(tài)系統(tǒng)的形成至關(guān)重要。用時8年的化能自養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)計劃（ChEss project）對南大西洋、南太平洋等四個海區(qū)的深海化能自養(yǎng)生態(tài)系統(tǒng)進行了調(diào)查。在位于南太平洋開曼海槽（Cayman trough）的超慢速擴張洋中脊，發(fā)現(xiàn)了水深最深熱液口（6800米），生態(tài)環(huán)境獨一無二；在南大西洋中脊發(fā)現(xiàn)了最熱的熱液口，還在新西蘭附近發(fā)現(xiàn)了巨大的深海冷泉區(qū)，在北極的摩恩（Mohns Ridge）發(fā)現(xiàn)了大量的硫氧化菌席。

深海沉積物也是一個巨大的、天然的DNA資源庫，僅位于深海沉積物頂部的10厘米空間，據(jù)估算約含有4.5億噸脫氧核糖核酸（DNA）。已經(jīng)證實，海底1626米以下的沉積物中也有微生物活動。深海中蘊藏著地球上最為豐富的物種多樣性和最大的生物量，被公認是未來重要的基因資源來源地，具有巨大的應(yīng)用開發(fā)潛力。

隨著環(huán)境基因組、宏蛋白組等組學分析技術(shù)的進步，對海洋微生物的認識取得了重大進展。美國克雷格?文特爾研究小組開展的海洋微生物環(huán)境基因組系列調(diào)查發(fā)現(xiàn)，僅在表層海水就有大量的微生物新物種、新基因、新蛋白、新途徑。這些微生物新物種、新蛋白家族、新代謝過程的科學價值、環(huán)境作用和資源價值目前難以估量。

記者：目前，深海生物基因資源已成為各國在國際海底競相角逐的戰(zhàn)略資源，能不能介紹一下國際社會的看法與態(tài)度？

邵宗澤：人類對海洋生物基因資源知識產(chǎn)權(quán)的擁有量每年在以12%的速度快速增長，目前有超過18000個天然產(chǎn)物和4900個專利與海洋生物基因有關(guān)，說明它不再只是個應(yīng)用遠景，而是一類現(xiàn)實的可商業(yè)利用的重要生物資源。基因組測序技術(shù)與生物信息技術(shù)的發(fā)展，大大加速了海洋微生物基因資源的發(fā)現(xiàn)與發(fā)掘速度。

目前，公海海洋生物基因資源的保護與可持續(xù)利用，以及知識產(chǎn)權(quán)歸屬已經(jīng)成為聯(lián)合國國際海底會議的重要議題。從2004年起，聯(lián)合國會員大會成立了“國家管轄以外海域的海洋生物多樣性工作組”，每兩年召開正式會議磋商，我國每次由外交、管理人員和學術(shù)專家應(yīng)邀組團參加，目前還沒有被國際社會廣泛接受的法律框架來保護和規(guī)范海洋生物基因資源的開發(fā)。

發(fā)達國家與發(fā)展中國家因各自的經(jīng)濟實力、深海調(diào)查能力的差異，對海底遺傳資源生物勘探所持的態(tài)度也不一致。發(fā)達國家堅持先入為主、自由采探，主張知識產(chǎn)權(quán)的保護。相反，發(fā)展中國家主張“人類共同遺產(chǎn)”原則，堅持利益共享，不支持公海海洋生物基因資源知識產(chǎn)權(quán)的申請保護。

記者：我國近年來在我國大洋深海生物基因資源勘探方面的研究進展與現(xiàn)狀如何？

邵宗澤：我國在“十五”期間就啟動了深海生物及其基因資源的相關(guān)研究，并依托國家海洋局第三海洋研究所建立了中國大洋生物基因研發(fā)基地。在深海微生物研究裝備的研制、深海微生物基礎(chǔ)科學研究以及資源開發(fā)應(yīng)用方面取得了重要進展。從2003年起，初步建立了我國第一個深海微生物資源庫。2005年起，在國家自然科技資源共享平臺的支持下，在深海微生物資源庫的基礎(chǔ)上建立了中國海洋微生物菌種保藏管理中心。經(jīng)過六年積累，分離了大量新的大洋微生物資源，并通過資源的標準化、規(guī)范化整理，建立了資源共享平臺。

“十一五”期間，在大洋協(xié)會洋中脊項目支持下，發(fā)表深海微生物研究論文200多篇，其中147篇SCI文章發(fā)表在美國科學院院刊等重要學術(shù)刊物上。在極端微生物資源獲取、極端酶研究、活性物質(zhì)篩選以及微生物多樣性分析等方面取得了重要進展，初步形成了集大洋生物基因資源勘探及大洋科學研究于一體的優(yōu)秀團隊。

“十二五”期間，在深海生物調(diào)查技術(shù)能力、深海（微）生物勘探與資源潛力評估以及微生物資源開發(fā)方面，已經(jīng)得到了在科技部、海洋局、大洋協(xié)會等各 類項目大力支持，有望獲得更大的進展。

記者：在深海生物基因資源勘探方面，我國還存在哪些不足？您認為應(yīng)該如何提高我們的研究水平來縮短差距？

邵宗澤：通過近十年的努力，我國在深海生物基因資源方面有了一定的積累，但相比發(fā)達國家，在采樣技術(shù)等方面還有較大差距。我們在深海調(diào)查與樣品采集方面技術(shù)手段還有待加強。雖然我們也有了載人深潛器和水下機器人，但觀測與采樣工具還比較欠缺，深海作業(yè)的經(jīng)驗也很缺乏。在生物資源研發(fā)方面也存在較大差距，需要繼續(xù)加強在深海極端生命過程、工業(yè)酶、先導(dǎo)化合物篩選、深海微生物環(huán)境作用等方面的研究。深海生物資源的開發(fā)、產(chǎn)業(yè)的形成一方面需要國家政策的扶持，也需要企業(yè)的積極參與。

另一方面，我們需要進一步加強機制建設(shè)，重視知識產(chǎn)權(quán)的保護，建立合理的利益分配機制，吸納社會各方資金，加快從深海環(huán)境樣品到可利用生物基因資源的有效轉(zhuǎn)化。相信隨著技術(shù)的發(fā)展和投入增加，我們將會在深海生物調(diào)查的技術(shù)手段與生物新資源開發(fā)利用能力上快速縮短同發(fā)達國家的差距。