微生物介導是深海冷泉形成單質硫的新途徑

2021-01-17 科學網

 

近日，國際生物學權威期刊ISME J刊發文章，報導了中科院海洋研究所孫超岷課題組關於深海冷泉環境細菌氧化硫代硫酸鈉形成單質硫新型途徑的研究成果，為解釋我國南海冷泉噴口廣泛分布硫單質的成因提供了重要理論依據。

記者了解到，在前期科考調查中，該所張鑫研究組用拉曼光譜觀測到我國南海冷泉環境中單質硫含量豐富，但形成原因並不清晰。微生物是硫循環的主要驅動者，對深海硫循環有重要貢獻，但限於採樣困難、微生物難於分離培養等因素，科研人員對深海微生物參與硫循環形成單質硫的機制知之甚少。

針對這種情況，孫超岷課題組藉助「科學」號科考船從南海典型冷泉環境中分離得到一株可以高效氧化硫代硫酸鈉形成單質硫的細菌Erythrobacter sp. 21-3，經拉曼光譜檢測，確定其介導形成的單質硫結構為環狀多聚硫S8。

為深入了解該菌形成單質硫的分子機制，研究組分別藉助蛋白組學、分子遺傳學及分析化學等手段深入揭示了Erythrobacter sp. 21-3驅動氧化硫代硫酸鈉形成單質硫的關鍵基因和相應功能，提出了一種前人從未發現的新型硫氧化途徑。

在該途徑中，第一步反應由Thiosulfate dehydrogenase (TsdA)蛋白介導，氧化兩個硫代硫酸根生成連四硫酸根，進而Thiosulfohydrolase（SoxB）水解連四硫酸根上的磺酸基，剩餘硫烷聚合形成多聚硫（S8）。在特定情況下，多聚硫S8被Sulfur dioxygenase（SdoA或SdoB）氧化為亞硫酸根，最終氧化為硫酸根。

基於宏基因組的進一步研究結果顯示，該途徑廣泛存在於赤桿菌及其他變形菌門和擬桿菌門微生物中，說明該新型硫氧化途徑對深海硫元素循環有重要貢獻。據悉，該研究成果不僅豐富了微生物硫氧化途徑，也為解釋我國南海冷泉噴口存在大量硫單質的成因及深海硫元素循環的新型機制研究提供了重要理論依據。（來源：中國科學報 廖洋 王敏）

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41396-020-0684-5

 

版權聲明：凡本網註明「來源：中國科學報、科學網、科學新聞雜誌」的所有作品，網站轉載，請在正文上方註明來源和作者，且不得對內容作實質性改動；微信公眾號、頭條號等新媒體平臺，轉載請聯繫授權。郵箱：shouquan@stimes.cn。

相關焦點

  • 科學網—提出微生物介導深海冷泉形成單質硫新途徑
    中科院海洋研究所
  • 海洋所提出微生物介導深海冷泉形成單質硫新途徑
    ，為解釋我國南海冷泉噴口廣泛分布硫單質的成因提供了重要理論依據。在前期科考調查中，海洋所張鑫研究組基於拉曼光譜觀測到我國南海冷泉環境中單質硫含量豐富，但是形成原因不清晰。而微生物是硫循環的主要驅動者，對深海硫循環有重要貢獻，但限於採樣困難、微生物難於分離培養等因素，基於深海微生物參與硫循環形成單質硫的機制知之甚少。
  • Nat Comm | 深海冷泉有機碳來源的新機制
    責編 | 酶美冷泉通常指富含甲烷等碳氫化合物的流體從海底沉積物界面下滲漏或噴湧的區域。冷泉又被譽為深海生命的綠洲，微生物、貽貝等生物以冷泉噴發物作為能量來源大量繁殖。ANME古菌產乙酸的新途徑並解析了這一途徑的分子機制。
  • 上海交通大學張宇團隊發現深海冷泉有機碳來源的新機制
    冷泉通常指富含甲烷等碳氫化合物的流體從海底沉積物界面下滲漏或噴湧的區域。冷泉又被譽為深海生命的綠洲，微生物、貽貝等生物以冷泉噴發物作為能量來源大量繁殖。AOM每年屏蔽了海底約88%的甲烷釋放，深刻影響了深海碳循環和全球氣候變化。在傳統的認知中，AOM過程將甲烷轉化為無機碳，不能為冷泉生態系統提供有機碳。然而，冷泉環境中存在豐富而多樣的微生物群落，包括大量依靠有機碳生長的異養微生物。
  • 研究發現深海微生物抵禦重金屬脅迫新機制
    重金屬在深海環境中廣泛存在，深海微生物進化出成熟且多樣的抵禦重金屬脅迫的方式以維持在惡劣環境中的生存和繁殖。加強對深海微生物耐受重金屬的機制研究，有利於從新視角了解其特殊環境適應機制，為發展去除重金屬汙染生物製品提供理論依據和候選材料。近期，中國科學院海洋研究所研究員孫超岷研究組在深海冷泉和海山生境細菌應對重金屬鎘及汞的機制研究中取得進展。
  • 海洋所發現深海微生物抵禦重金屬脅迫新機制
    重金屬在深海環境中廣泛存在，深海微生物進化出成熟且多樣的抵禦重金屬脅迫的方式以維持在惡劣環境中的生存和繁殖。加強對深海微生物耐受重金屬的機制研究，有利於從新視角了解其特殊環境適應機制，為發展去除重金屬汙染生物製品提供理論依據和候選材料。
  • 鯨落與熱液、冷泉——深海生命的三大「綠洲」
    「黑煙囪」周圍活躍著許多的生物群落，包括管狀蠕蟲、貽貝、蛤、蝦以及廣泛存在的微生物。科學家在這些有多樣化生物群落的熱液噴口區，已發現約500種前所未知的動物物種。熱液噴口區的生物在高壓、劇變的溫度梯度和高濃度的有毒物質包圍下，形成了極為獨特的生物結構、代謝機制，體內產生了特殊的生物活性物質，例如嗜鹼、耐壓、嗜熱、嗜冷、抗毒的各種極端酶。這些特殊的生物活性物質功能各異，在壓力巨大、一片漆黑的海底形成了一片繁華的生命奇景。這一群落隨著「熱液」的長消而出沒，當「熱液」停止噴發，這一群落也隨著消失。
  • 我國科學家在南海首次發現鯨落,為什麼稱鯨落為深海生命的綠洲?
    深海中另外兩個生命綠洲深海熱液、冷泉和鯨落並稱深海三大生命綠洲，對於推動生態系統的形成、發展和穩定均起到至關重要的作用。其發源地來源於海底地殼的深處，在地殼深處被加熱以後，這些高熱水溶解了周圍巖石中的諸多礦物元素，然後從海底地殼比較薄弱的區域－熱液噴口湧出，在熱水噴出的過程中，所溶解的礦物質遇冷的海水出現結晶，在噴口周圍冷凝，堆積出煙囪的形狀，主要成分為硫酸鹽、二氧化矽的熱液形成白煙囪，含有硫單質的熱液形成的是黃煙囪 ，富含硫化物的熱液則形成的是黑煙囪。
  • 到南海的「海馬冷泉」,探秘海底的「生命綠洲」
    冷泉系統是一種深海自然現象,由富含甲烷的流體滲漏至海底而形成。海馬冷泉位於南海的西沙海域,總體呈東西向條帶狀展布,水深為1350-1430米。2015年因廣州海洋地質調查局利用我國自主研發的4500米級「海馬」號無人深潛器發現而得名。
  • 深海微生物蘊藏應用大前景
    ■ 本報記者 蘭聖偉深海具有豐富的生物多樣性，深海水體、沉積物、海底平原、海溝、冷泉、海山等構成了特殊的生態系統，是巨大的生物基因資源寶庫。多年來，自然資源部第三海洋研究所科研人員聚焦國際深海科學前沿，在深海微生物多樣性調查、深海生物基因資源庫建設、海洋微生物功能研究、深海生物資源開發利用等方面取得了重要成果，逐漸發展成為國際深海微生物研究領域的一支重要力量。
  • 高中化學必修一價態多變單質硫知識點
    1．硫的原子結構　　硫元素位於元素周期表中第三周期第ⅥA族，最外層有6個電子，在化學反應中易獲得2個電子而呈現出－2價。　　(2)硫的化學性質　　單質硫的化合價為0，處於中間價態，故單質硫既有氧化性又有還原性，在反應中既可作氧化劑又可作還原劑
  • 科學網—冷泉:海底「沙漠中的綠洲」
    圖片來源：百度圖片 ■本報見習記者 趙廣立 「蛟龍號」先後兩次下潛南海冷泉區進行科學考察作業，順利取得冷泉區大量生物和地質樣本，「冷泉」也從冷冰冰的深海走進了大眾的視野，「熱」了起來。 冷泉並不是真的「冷」。
  • 上海交大科研團隊揭示深海熱液煙囪微生物群落的演替
    深海熱液區生態系統是不依賴於太陽光能，由化能自養微生物支撐的典型黑暗生態系統，具有極高的生產力和生物多樣性。硫化物煙囪體是深海熱液區的代表性特徵結構，由噴發的超高溫還原性熱液與低溫富氧海水混合造成礦物沉澱聚集形成。
  • 南極甲烷冷泉研究更新了對甲烷循環的認識
    研究人員發現，在南極發現的第一個活躍甲烷冷泉（active methane seep）表明，南極甲烷冷泉周圍的微生物與世界上其他海洋的微生物存在根本差異。這有助於研究人員更好地了解甲烷的循環、確定甲烷是否會進入大氣，並分析推動大氣變暖的因素。
  • 「發現」號在南海採集到大量冷泉生物
    「科學」號正在南海執行中國科學院戰略性先導專項「熱帶西太平洋關鍵區域海洋系統物質能量交換」２０１７年南海綜合考察航次，航次首席科學家孫松說：「這些冷泉生物從１０００多米的海底到船上還活著，一方面是採集了原位海水，另一方面是『發現』號慢慢將它們從海底帶上來，這些動物有了一個適應壓力和溫度等環境因素變化的過程。」
  • 探秘深海 築夢深藍——中科院海洋所科技報國70年系列報導之八
    自2017年成立以來，深海中心建立了國際先進的深海綜合探測體系；獲取熱液/冷泉/海山區大型生物樣品6000餘號，發現1新科2新亞科6新屬82新種；建成我國迄今樣品量最大、物種數最多的深海大型生物樣品庫和唯一深海大型化能營養生物活體庫……布局籌備進入21世紀，世界各國紛紛將目光轉向深海。
  • 人類的禁地生命的樂園——深海綠洲
    當地表的萬物無聲地享受著太陽的奉獻同時，卻不知道，在寂靜黑暗的，宛如生命禁區的深海，雖然沒有陽光的撫慰，卻發育著另一種形式的生命綠洲——冷泉、熱液和鯨落。冰上綠洲——冷泉冷泉是指海底沉積界面之下的以水、碳氫化合物 （天然氣和石油）、硫化氫、細粒沉積物為主要成分的流體以噴湧或滲漏方式從海底溢出，並產生系列的物理、化學及生物作用。冷泉系統的的蹤跡較為普遍，從淺海到半深海，從主動大陸邊緣到被動大陸邊緣都有發現（圖1）。
  • 產生乙烯的微生物新途徑，有望為生物製造塑料等提供原料
    《科學》雜誌8月28日報導，美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）和俄亥俄州立大學（OSU）的科學家們發現了一種新的產生乙烯的微生物途徑，有望為生物製造塑料、冷卻劑和日用品提供原料。研究人員在文中揭示了無氧或缺氧土壤中微生物產生乙烯的方式，以及保護作物免受高水平乙烯傷害的途徑。此外，該研究還概述了一種未知的細菌產生甲烷的方式。
  • 深海中的「黃金液體」很有「味道」但是卻是海底的生命之源!
    硫化氫在火山氣體中有，從地球深處湧出的溫泉中也有，它對許多生物來說都是有毒的，但是對於硫氧化細菌來說，卻是能量的來源。有一類細菌叫化學合成細菌，它們是利用化學反應所產生的能量來合成生命必需的有機物的。硫氧化細菌也是這類細菌大軍中的一員，它利用硫化氫和氧氣反應時產生的能量，將二氧化碳合成為有機物質。哪裡有豐富的硫化氫氣體，它們就可以在哪裡生存繁衍。
  • 深海海洋生態系統與海洋生態保護區發展趨勢
    深海熱液區具有地球其他地方沒有的物種，目前已發現的就有 550 種 [4]。深海熱液區的這些生物形成獨特的深海生命方式，存在完全不依賴於光合作用而獨立生存的獨立生命體系，初級生產者是豐度極高的不需要陽光支持的化能自養微生物，次級生產者包括成簇的管狀蠕蟲、貽貝、蟹類和魚類（見圖1）[5,6]。