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研究发现高温深海微生物群落具有巨大的多样性和相互依存性

骆洋勤
导读 波特兰州立大学和威斯康星大学的研究人员进行的一项新研究发现,在深海高温地热环境中,微生物的多样性生活在相互依存的群落中。该研究发表...

波特兰州立大学和威斯康星大学的研究人员进行的一项新研究发现,在深海高温地热环境中,微生物的多样性生活在相互依存的群落中。该研究发表在《微生物组》杂志上,由PSU生物学教授Anna-Louise Reysenbach领导。从PSU获得微生物生态学硕士学位的Emily St. John与威斯康星大学的研究人员一起为这项研究做出了重大贡献。

当通过深海热液喷口离开地壳的350-400°C流体与海水混合时,它会产生大型多孔岩石,通常被称为“烟囱”或热液沉积物。这些烟囱被在高温环境中茁壮成长的微生物定植。几十年来,雷森巴赫一直在从世界海洋的深海热液喷口收集烟囱,她的实验室使用基因指纹和栽培技术来研究与这些岩石相关的群落的微生物多样性。

在这项新研究中,Reysenbach和团队能够利用分子生物学技术的进步对这些群落中微生物的整个基因组进行测序,以更多地了解它们的多样性和相互关联的生态系统。

该团队构建了来自40个不同岩石群落的3,635种细菌和古菌的基因组。多样性的数量是惊人的,并大大扩展了对存在多少不同类型的细菌和古菌的已知。研究人员发现了至少500个新属(物种之上的分类组织水平),并有证据表明有两个新的门(比物种高出五个层次)。“Phyla在分类学排名上名列前茅,所以这真的很酷,”Reysenbach说。

研究小组还发现了微生物多样性热点的证据。例如,来自新西兰附近深海兄弟火山的样本特别富含不同种类的微生物,其中许多是火山特有的。

“生物多样性是如此巨大,超出了图表,”雷森巴赫说。“在一座火山上,有这么多新的多样性,这是我们以前在其他地方没有看到的。这一发现可能表明,与深海热液喷口相比,火山地下岩石的复杂性增加使它们更有可能容纳各种微生物物种。

除了在这些高温生态系统中发现数量惊人的微生物生物多样性外,这项研究的基因组数据还表明,其中许多生物相互依赖生存。通过分析基因组,研究人员发现,一些微生物无法代谢它们生存所需的所有营养物质,因此它们依赖于其他物种在称为“代谢交接”的过程中产生的营养物质。

“通过观察这些基因组,我们真的更好地了解了很多这些微生物在做什么以及它们是如何相互作用的,”Reysenbach说。“他们是公共的;他们互相分享食物。

这项研究启发了雷森巴赫研究的新阶段:深入了解这些深海微生物之间的相互作用。“对我来说,最令人兴奋的部分是我真的希望能够在实验室中培养这些东西,”雷森巴赫说。“我希望能够在显微镜下看到[微生物],并了解它是否需要其他人与之共存。