從絕望到希望：「不吃不喝」，海底微生物8萬年的生命之旅

2020-12-14 科學大觀園雜誌

近日，一個國際研究小組在海底的「能源荒漠」中發現了微生物賴以生存的綠洲。研究人員探究了格林蘭海和挪威海中斯卡林杜瓦屬（Scalindua）的微生物，它們被埋藏8萬年之久，飢腸轆轆，但在遇到適宜環境後卻能從休眠狀態復甦，並迅速大量繁殖。相關論文發表在《美國國家科學院院刊》中。

海底的每寸「土地」都生活著數百萬微生物細胞。隨著時間的推移，它們逐漸被上層落下的顆粒覆蓋，最後被深埋在沉積物中，成為深層沉積生物圈的一部分。

來自地表的物質能量來源一旦切斷，隨著深度增加，能量也逐漸減少，微生物種群數量也會越來越少。這時微生物會將新陳代謝水平降到最低，只用於維持基本的細胞活動。

本次研究描述的微生物——厭氧氨氧化菌能在厭氧條件下通過氧化氨獲取能量，在嚴酷的環境下「苟延殘喘」8萬年。

論文作者、挪威卑爾根大學深海研究中心的Steffen L. Jørgensen說：「這些細胞的抗逆性相當之高。從沉入海底的那一刻起，它們便知道要面對怎樣一種殘酷的環境。事實上，表層的氧氣對它們而言是『毒氣』，因為它們的厭氧新陳代謝會受到游離氧的抑制，從而導致能量來源（氨和亞硝酸鹽）稀缺。它們必須在缺乏能量來源的「有毒」區域經歷8萬年的掩埋過程，最後到達一個富含氨和硝酸鹽等能量來源的沉積層——硝酸銨過渡層（NATZ）。由於這一沉積層相對於表層的深度是固定的，而沉積物的下沉又不會停止，因此微生物在過渡層停留的時間是有限的。一般來說，這些細胞歷經艱辛到達了一個『食物豐富』的地區，卻發現自己在吃了個開胃菜後又被趕走了。」

究竟是什麼原因讓這些微生物能在如此不利的條件下長時間存活？為了找到答案，研究人員對這些生物的基因組進行測序，並將其與地表近親基因組進行了對比。

奧地利維也納大學的研究員Sophie Abby說：「這些生物體內的特殊基因使它們能夠利用不同的含氮化合物來獲取所需的銨鹽。此外，它們還能通過厭氧氨氧化之外的其他途徑來獲取能量，這種新陳代謝的多樣性幫助它們成功存活，最終抵達硝酸銨過渡層。」

這一發現對理解深層生物圈的種群動態具有重要意義，它很大程度上反映了不同微生物群在不同時期的存活能力。

另外還有一點非常重要——這些微生物在調節海底碳、氮兩種重要的營養物質的通量方面發揮著重要作用。

研究人員提醒，能量豐富的硝酸銨過渡層並不是研究區域內特有的沉積層，它廣泛存在於海底，因此這項研究對於全球環境研究也意義非凡。

原創編譯：攀汗 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊來源：《美國國家科學院院刊》

期刊編號： 0027-8424

原文連結：https://phys.org/news/2020-12-microbes-bottom-sea-flourishing-years.html

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