在太平洋海底2000米深處，滾燙的熱液從海底噴涌而出，溫度高達400攝氏度，周圍充滿了足以毒死大多數生物的硫化氫和重金屬。然而，就在這個被科學家稱為“地球上最極端的化學地獄”的地方，一種鮮黃色的蠕蟲——赫斯帕拉爾文氏蠕蟲（Paralvinella hessleri）卻活得有滋有味。不禁讓人想問：它們憑什么可以在這樣的環境中生存下來？

靠近熱液噴口的赫斯帕拉爾文氏蠕蟲近景圖

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赫斯帕拉爾文氏蠕蟲

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2025年8月，中國科學院海洋研究所的研究團隊在《PLOS生物學》（PLOS Biology）上發表了一項驚人發現：赫斯帕拉爾文氏蠕蟲通過一種前所未有的“以毒攻毒”機制，將兩種致命毒素——砷和硫化氫——結合成無毒的雌黃礦物，實現了生物界首個已知的解毒性生物礦化。

可能有人會問：雌黃本身不也是一種有毒的含砷礦物嗎？這是一個關鍵問題。我們可以這樣理解：砒霜是能溶解在水里的“劇毒粉末”，能立刻被細胞吸收并造成傷害。而蠕蟲合成的雌黃，是一塊極難溶于水的“毒礦石”。只要毒性物質被牢牢鎖在礦石晶體里，無法釋放出來，它就無法發揮作用。

極端環境下的驚人適應：蠕蟲用劇毒“煉制”出無害礦物

研究團隊在日本沖繩海槽的JADE熱液場（水深1328-1584米）采集了這種蠕蟲。當他們測量蠕蟲體內的砷含量時，結果令人瞠目結舌：濃度高達10189±2,231微克/克（鮮重）——相當于這種生物體重的1%都是砷！

A：蠕蟲體內各種砷形態的百分比分布；B：體內可溶性與不可溶性砷的含量

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要知道，砷就是俗稱的“砒霜”，是一種劇毒物質。更令人震驚的是，這些砷中有92.21%都是毒性最強的三價無機砷。這個濃度比已知的“砷超富集生物”還要高出10倍。試想，如果一個60公斤的人體內有這么高濃度的砷，其總含量相當于600克純砒霜——如此劑量足以對數百名成年人造成致命威脅，遠遠超出了個體中毒的范疇。

那么，為什么這種蠕蟲卻沒有被毒死？這得從它那身明亮的黃色說起。在深海的永恒黑暗中，大多數生物都是灰白色或深紅色，蠕蟲這身黃色便十分顯眼。

一只縱向切片的赫斯帕拉爾文氏蠕蟲標本

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通過顯微鏡觀察，科學家發現蠕蟲的上皮細胞中充滿了直徑0.77-1.29微米的黃色顆粒。這些顆粒不僅存在于體表，還分布在鰓、口觸手和消化道中——所有與海水直接接觸的部位。

赫斯帕拉爾文氏蠕蟲中的球形黃色顆粒

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為了弄清楚這些遍布蠕蟲全身的黃色顆粒究竟是何物，研究人員展開了深入分析。起初，他們推測這些球形黃色顆粒可能是共生微生物。然而，科學家們使用了掃描透射電子顯微鏡（STEM-EDX）觀測后發現，這些顆粒的核心是由砷和硫組成的雌黃礦物晶體。

電鏡掃描下的黃色顆粒

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雌黃是什么？這是一種明亮的黃色礦物，在古代曾被用作顏料。有趣的是，它出現在倫勃朗和塞尚等大師的畫作中。但更重要的是，雌黃的毒性比其組成元素（砷和硫化氫）低約10倍。

這就像把兩種劇毒調配在一起，反而“煉制”出了相對無害的物質——堪稱自然界真正的“以毒攻毒”！

“煉金術”如何達成？從劇毒到礦物的完美轉化

那么，蠕蟲是如何完成這個“煉金術”的呢？研究團隊通過蛋白質組學分析發現了關鍵線索。

首先要處理的是劇毒的砷。科學家發現，蠕蟲細胞膜上遍布著一種名為多藥耐藥相關蛋白（Multidrug Resistance-associated Protein, MRP）的特殊蛋白質。MRP蛋白可以被理解為細胞的“智能水泵”。在人類醫學中，它因能將化療藥物泵出癌細胞，導致癌癥產生耐藥性而聞名。但在這只蠕蟲體內，這個系統被賦予了新功能：處理環境毒素。

當砷離子進入細胞質，即將造成破壞時，MRP蛋白會立刻識別并“抓住”它。隨后，MRP蛋白會消耗能量，像一個單向旋轉門，強行將這些砷離子泵入一個名為囊泡（Vesicle）的封閉隔間里。這個囊泡就像一個“細胞級的防爆垃圾桶”，確保劇毒的砷被安全隔離，無法傷害細胞的其他部分。

與此同時，另一種毒物——硫化氫，也正被悄無聲息地處理。執行這項任務的是兩種特化的細胞內血紅蛋白（intracellular Hemoglobin, iHem-1和iHem-2）。

這兩種血紅蛋白的結構極為精巧。在它們的蛋白質鏈條的第25位，有一個關鍵的氨基酸——半胱氨酸殘基（Cysteine residue）。形象地來說，蛋白質就像一條由不同珠子串成的項鏈，每個珠子是一種氨基酸。半胱氨酸這個“珠子”的特殊之處在于它帶有一個硫原子，這個硫原子像一個“化學磁鐵”，對硫化氫有著極強的親和力。

當硫化氫分子擴散進細胞，它會立刻被iHem蛋白上第25位的“卡扣”精準地結合。隨后，這個“快遞員”便載著危險的“包裹”，將其安全無誤地運送到囚禁著砷的同一個囊泡里。

至此，兩種致命的毒物在“與世隔絕”的囊泡“反應倉”內相遇了。在這個由雙層脂質膜包裹的封閉空間里，環境被細胞精確調控：這里是還原性的、低溫的，且pH值接近中性。這些條件恰好是促進砷和硫化氫發生化學反應，形成穩定、不溶于水的雌黃晶體的最佳環境。于是，兩種液態的、高活性、高毒性的物質，就此結合成了一種固態的、惰性的、相對無害的礦物。毒性被永久地“鎖定”在了晶體結構中。

以毒攻毒的機制圖

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為了證實“以毒攻毒”假說，研究團隊分析了蠕蟲體內硫的同位素組成。結果顯示，赫斯帕拉爾文氏蠕蟲的該同位素值為7.19±0.98‰，與熱液噴口硫化氫的同位素特征（7.4-7.7‰）完全吻合。

這證明了蠕蟲直接利用噴口的有毒硫化氫，而不是通過生物代謝獲得的硫。相比之下，生活在噴口邊緣的貽貝體內的硫主要來自海水。

這種“以毒攻毒”的策略代表了生物適應極端環境的一個全新范例。傳統上，生物礦化主要用于結構強化（如貝殼、骨骼），而赫斯帕拉爾文氏蠕蟲的雌黃礦化完全是為了解毒。

自然界的教科書：從“深海礦師”中尋找環境治理方案

除了赫斯勒偏頂蛤，深海熱液噴口還生活著另一位“礦物大師”——鱗足螺（Chrysomallon squamiferum）。

鱗足螺

（wikipedia）

如果說赫斯勒偏頂蛤是“煉金術士”，那鱗足螺就是“鋼鐵俠”。它生活在印度洋的深海熱泉，那里的熱液富含鐵。鱗足螺巧妙地利用了環境中的鐵和硫，為自己打造了一身獨一無二的“鋼鐵盔甲”。它的螺殼分為三層：最外層是硫化鐵構成的黑色甲片，中間是柔軟的有機層，最內層是堅硬的鈣質殼。這身盔甲堅固到足以抵御捕食性螺類的鉆孔攻擊。也就是說，鱗足螺的生物礦化，主要功能是“防御”，是向外的。

兩種形態的鱗足螺

（Rachel Caauwe）

正因如此，才顯得赫斯勒偏頂蛤更加與眾不同——它的生物礦化并非為了防御外敵，而是為了處理內部的致命毒素，功能是“解毒”，是向內的。一位將環境中的金屬穿在身上，一位將環境中的劇毒藏于體內，兩位“極端鄰居”共同展現了生命利用礦物的智慧。

這項研究不僅擴展了我們對極端環境下生命可能性的認知邊界，更為解決現實世界的環境挑戰提供了生物學靈感。比如我們通過模擬這種天然解毒過程，可能開發出新型砷污染處理方法。

在面臨全球環境挑戰的今天，答案也許就藏在這些極端生物的生存策略中。大自然用億萬年的時間，已經為我們寫好了教科書。而我們需要做的，是學會如何閱讀并善用其中的智慧。

參考文獻：

[1]Wang H, Cao L, Zhang H, et al. A deep-sea hydrothermal vent worm detoxifies arsenic and sulfur by intracellular biomineralization of orpiment. PLoS Biol. 2025;23(8):e3003291.