科学家展现海洋下洋壳岩石中深部微生物保留计策

港口经济 林晓舟 2020-03-12 18:21:17
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《自然》颁发同济大学深部生物圈相助研究成就  
科学家展现海洋下洋壳岩石中深部微生物保留计策  
 

海底坚固的岩石圈内是否有微生物存在?它们依靠什么方法维持生命?克日,《自然》在线颁发了同济大学海洋与地球科学学院副传授李江涛与美国伍兹霍尔海洋研究所相助完成的最新研究成就。该研究显示,海洋下洋壳岩石中简直存在微生物,它们在依赖自养方法保留的同时,更洪流平上依靠摄取现成有机物的异养方法保留,研究由此展现了海洋下洋壳岩石中存在的深部生命圈及其保留计策。

已往近20年间,地球深部生命研究取得的重要希望之一即是发明白海底洋壳生物圈。由于洋壳在全球海底漫衍遍及,体积复杂,是全球海洋沉积物总体积的5倍阁下,栖息于此的微生物局限不行忽视,它们对全球生物地球化学元素轮回和海底地貌风化都具有重要的潜在影响。然而,受采样技能和条件的限制,对洋壳岩石生物圈的研究和认识还十分有限。今朝,有限的研究险些全部会合于洋壳表层的玄武岩中,而对占洋壳体积近三分之二的下洋壳,尽量科学家认为其也是深部微生物的可栖息情况之一,但今朝还缺少直接的证据,对栖息于此的微生物及其对极度情况的应对计策研究也是空缺。

2015年11月30日至2016年1月30日开展的国际大洋发明打算(IODP) 360航次为科学家们研究下洋壳深部生物圈提供了精采契机。位于西南印度洋洋中脊Atlantis II转换断层的Atlantis Bank,早期的结构举动将上洋壳剥蚀,导致下洋壳的岩石直接出露于海底,从而成为洞察洋壳深部生物的天然窗口。IODP 360航次在该地域举办了钻探取芯,得到了自海底以下809米范畴内的下洋壳辉长岩。

研究自钻井取样伊始至后续室内阐明均采纳了严格的防污染法子,在近800 米的深度剖面上,自上而下选取了11个岩石样品用于阐明测试。从细胞染色计数的功效来看,下洋壳辉长岩中的生物量极低,远低于正常海洋沉积物及上洋壳表层玄武岩中的生物量。同时,一系列证据表白岩石中这些微生物的细胞是完整、且可以或许进一步发展发育的,证据包罗:对岩石举办恒久的富集造就,检测到了甲烷浓度的增加,表白产甲烷进程的产生;从大部门岩石中检测到了必然的ATP浓度,证明白活泼微生物的存在;部门样品中检测到了碱性磷酸酶的活性等。

凡是认为下洋壳岩石的情况条件恶劣,营养物质匮乏,栖息于此的微生物所面对的一个庞大挑战即是如何获取足够的碳源和能量来满意根基的能量需求以支持其发展。这项研究的一大亮点在于乐成提取了超低生物量岩石样品中微生物的mRNA宏转录组,从基因表达程度理会了微生物在下洋壳岩石极度情况中的保留计策。研究功效证实了包罗H2氧化、CH4氧化、硫/氮轮回等海洋极度情况常见的化能自养途径的存在。然而,出乎料想的是,研究中获得较为富厚的涉及异养进程的基因,其表达好像要远高于自养进程,表白更多的微生物通过利用可发酵的有机大分子来适应下洋壳情况“慢车道”糊口。“这些代谢途径反应了深部生物圈对有限和零散可用资源的竞争与适应。”李江涛说。

海洋学专家暗示,该项研究功效证实了下洋壳深部生物圈的存在,拓展了生物圈在地球圈层内部门布的下限。鉴于下洋壳在全球海底的遍及漫衍以及其具有的巨概略积,栖息于此的微生物群落纵然具有极低的生物量和较迟钝的发展速率,但它们仍然大概对全球物质轮回发生重要的影响。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41586-020-2075-5