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深海古细菌在地球化学碳和氮循环中发挥重要作用


信息来源:http://baselpr.com 时间:2019-08-20 11:31

  在营养贫乏的深海沉积物中,古细菌和细菌微生物进行了数百万年的竞争。古细菌有效清除死细胞使其成为食物链中的基础生产者。

  古细菌是一类单细胞微生物,它们与细菌有很多相似之处,即它们没有细胞核与任何其他膜结合细胞器,同时另一些特征相似于真核生物,比如存在重复序列与核小体。 在光学显微镜下 ,它们看起来非常像细菌,但它们在很多方面都有明显的不同。 它们尤其在代谢能力方面存在重要差异,这些差异很大程度上决定了它们可以利用哪些生态位。

  德国慕尼黑大学地球与环境科学系威廉·奥西(William Orsi)教授领导的团队与美国同事合作,现在已发现古细菌不仅能够在深海生存下,而且它们应对海底生物圈中的困难生活条件远远好于细菌。

  新发现表明,这些适应性古菌可能在这个庞大的生态系统中的地球化学碳和氮循环中发挥重要作用。

  《科学进步》(Science Advances)在线版发表了这份报告 。

  沉积在大陆边缘附近的海洋中的沉积物区域通常表现出低水平的氧气,因为大量的有机碳不断地输出到海底。 有机碳被微生物快速代谢,这个过程消耗所有可用的氧气。 然而,在开阔的海洋中,海底有机营养物质的主要来源是由不可避免地沉入海底的死亡生物组成。 这反过来意味着可用于代谢的有机碳少得多,因此保留了海底下沉积物中的氧。

  奥西教授表示:“模拟研究表明,这些沉积物中有10%到40%都是供氧的。这是一个巨大的地区,其生物圈尚未开发。”

  为了更多地了解这个难以进入的栖息地,科学家们在北大西洋的马尾藻海域使用了一个30米长的钻芯来获取约5500米深海海底沉积物样本。通过分析从这些长达1500万年的沉积矿床中提取的DNA片段,研究人员能够识别地层中存在的主要微生物类别。

  奥西说:“我们有了令人惊讶的发现,即古细菌成员,特别是氨氧化的“奇古菌”(Thaumarchaea) 在这些样本中比细菌更丰富。”

  进一步的分析表明,这一特定的古细菌群具有高效的代谢系统,使它们能够在亚海底沉积物中存活。 在这种低能量环境中,它们利用来自死细胞的蛋白质片段来构建其所需的代谢和结构成分。 此外,古细菌还利用蛋白质降解产生的氨作为另一个化学反应循环的基础,为它们提供能量。

  美国罗德岛大学的地理微生物学家史蒂文·德洪特(Steven DHondt)教授表示:“我们相信这种独特的能力,结合有效的吸收和固定碳系统,可以说明奇古菌在这些沉积物中占主导地位。”

  奥西教授说:“总体而言,新的研究结果表明,在含氧深海沉积物中, 奇古菌将无机碳转化为生物质,由此作为食物链的基础。 这项活动持续了很长时间,至少有1500万年。在这个生态系统中,在数百万年中,它们表现优于细菌。这也可能存在于海底以下的其他生态环境中。”

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