深海热液喷口和甲烷冷泉中，硫化氢是支撑整个生物群落的能量基础。它的浓度并不稳定，会随深海构造活动、渗漏强度及沉积物厌氧甲烷氧化等过程显著波动。长久以来，科学界对深海共生生物如何适应这种动态环境缺乏来自原位实验的直接证据。
香港科技大学海洋科学系讲座教授钱培元领导的研究团队，与国际合作伙伴在深海化能共生体系应对环境变化的机制研究中取得突破。研究成果发表于国际知名期刊《Science Advances》，论文题为「In situ evidence of tiered adaptations buffering a chemosynthetic clam holobiont against environmental sulfide fluctuations」，即“原位证据揭示分级适应机制缓冲化能共生蛤类应对环境硫化物波动”。研究由科大、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）、中国海洋大学、中国科学院海洋研究所及加拿大卡尔加里大学协作完成，是获联合国认可的两项国际大科学计划「CliMetS」和「MOCSI」框架下的重要成果。论文共同通讯作者包括钱培元教授、孙进教授和Casey Hubert教授；共同第一作者为兰奕博士、闫国永博士和王昊博士。
南海海马冷泉区有多个处于不同发育阶段的渗漏位点，被视为研究生物适应环境变化的天然实验室。研究团队选取俗称“白瓜贝”的南海海马冷泉优势蛤类（Archivesica marissinica）及其硫氧化共生菌作为研究对象，结合深海原位移植和原位样品固定技术，分别在HM-3和HM-2两个位点，将白瓜贝从原生沉积物移至距海底约0.5米以上的移植笼内，使其无法继续接触富含硫化氢的沉积物，模拟硫化氢供给下降、能量和营养摄取减少的生存环境。HM-2的硫化氢限制强度较大，HM-3则相对温和。
硫化氢供应减少后，率先出现变化的是共生菌的代谢重编程。转录组和蛋白组结果显示，硫氧化相关通路如dsrAB、aprAB和sat受到抑制，而与硫代硫酸盐氧化相关的soxXYZ基因簇表达上调。这说明当硫化氢供应受限，共生菌能够调整硫氧化代谢策略，可能提高利用硫代硫酸盐的能力，从而维持能量代谢和碳固定功能。这种代谢可塑性是共生体系应对短期硫化氢限制的一道防线。
宿主对共生菌的调控则随硫化氢限制程度而变化。在限制相对温和的HM-3位点，共生菌数量保持稳定，同时宿主内体成熟及内体—溶酶体融合的相关通路受到抑制，表明宿主可能降低共生菌在细胞内的降解和周转，优先维持共生关系。在硫化氢严重受限的HM-2位点，共生菌数量显著下降，透射电子显微镜证实出现溶酶体对共生菌的消化现象。宿主在严峻的资源限制下，或透过增加共生菌周转，有限度获取营养来源，提高存活机会。
研究还发现，白瓜贝的鳃组织有较强的硫代谢能力，高度表达硫代硫酸盐硫转移酶（TST）等关键酶。TST能将有毒的硫化氢转化为硫代硫酸盐，后者可被共生菌用于硫氧化代谢。结合共生菌soxXYZ基因簇的表达上调，宿主在硫化氢解毒过程中产生的硫代硫酸盐可能成为共生菌的替代能源，形成“宿主解毒—共生菌利用”的潜在代谢协同效应。这为理解宿主与共生菌如何在资源受限的环境中进行代谢互补提供了新线索。
血红蛋白在气体输送中的潜在作用同样受到关注。血红蛋白Hb1和Hb2主要位于血细胞，在足部和鳃组织高度表达。蛋白质结构预测和分子对接结果显示，血红蛋白复合体对硫氢根的结合能力略高于其与氧气的结合能力，反映血红蛋白复合物可能参与硫化氢和氧气的结合与输送过程，为理解白瓜贝体内气体输送机制提供了分子线索。
研究团队结合宏基因组、转录组、蛋白组、定量PCR、原位杂交、透射电子显微镜及分子结构预测等技术，从共生菌代谢、宿主共生调控及资源输送等多个层面揭示分级适应机制。论文共同通讯作者钱培元教授表示：“综合上述多方面的发现，我们相信‘白瓜贝’及其共生菌形成了一种多层分级适应机制，使深海化能共生体系可随周边环境变化的胁迫程度，作出适当的资源分配策略，从而在深海的极端环境中维持正常功能及生存。”
这项研究提供了重要的原位证据，以理解深海冷泉化能共生体系如何在能源供应波动下保持韧性，并凸显分级适应机制在维持冷泉生态系统稳定性中的关键作用。研究所建立的原位实验模式，为日后探究深海极端环境生物如何对自然环境变化作出真实分子反应提供了新研究路径，也对理解全球深海冷泉生态系统如何适应环境变化、维持生态功能与生物多样性提供了新的科学依据。