水热系统与微生物的产生1 z9 |! P: Y3 Q+ r: _
马萨诸塞州伍兹霍尔-希腊米洛斯岛帕利奥乔里海滩的大多数游客可能不知道海湾的浅水热液群落，这是一个名副其实的希腊微生物沙拉，距离海岸线只有浮潜距离。+ H D; Z: z% W4 U
Paliochori湾海岸沉积物中的热液作用强烈影响那里的生物地球化学过程，并支持化学合成，这使得某些微生物（如硫氧化细菌）可以像光合植物或藻类那样使用化学能量而不是光来将二氧化碳转化为细胞物质。
5 X- K. E! {7 w; z- B/ M然而，流体流动对微生物群落组成和化学合成产生速率的影响尚不清楚，因为在自然条件下，特别是在热液系统中，测量微生物过程是一项挑战。# Z* a) I' G+ C7 l
一项新的研究使用了一种创新的方法来检查海湾的浅水热液系统和那里的微生物生产原地
1 q3 `' m2 h' o. qPaliochori湾的热液活动区域由砂质沉积物顶部形成的白色垫所划定。这些垫是由化学合成微生物形成的，这些微生物生长在富氧海水和从海底渗出的富含硫化物的热液流体之间的界面上。在培养过程中保持这种流动是衡量化学合成微生物生产力的关键。（图片来源：罗格斯大学科斯坦蒂诺·维特里亚尼博士）" M0 C4 c+ f% |( j' p v6 Q
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该研究通过直接检查海湾中受热液影响的砂质沉积物中的微生物群落，证明了“流体流动在形成浅水热液喷口微生物群落组成和活性方面的重要性，并将其确定为微生物活动的热点”纸张，“流体流刺激受热液影响的海岸沉积物中的化学自养”，发表于通信地球&amp；环境《自然投资组合》杂志。
' @( Y8 G4 J7 Z9 p; ]+ v8 k, \8 {' t) z此外，“这项研究显示了浅水热液喷口的实际产量，以及微生物适应变化条件的速度。”斯特凡·西维尔，伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）生物系副科学家。, y" K8 P* r, ]' v) O" V
在研究过程中，研究人员使用稳定碳同位素标记的二氧化碳进行了两组稳定同位素探测实验13C作为示踪剂，以确定微生物的固碳能力，即二氧化碳转化为生物量。这项研究沿着海湾中一个通风口的横截面部署了孵化器，并以开放或封闭的流体流动模式在不同深度将示踪剂注入沉积物中，然后将孵化器放置6小时或24小时，然后再将其取出。' q- Y; e3 s8 k2 p
通过测量标记的二氧化碳与脂肪酸（构成细胞膜的关键成分）的结合，结合使用基于DNA和RNA的方法评估微生物群落的组成，确定碳固定量。
( w; q$ x9 j8 |2 R论文称，这项研究“将目前关于沿海砂质沉积物中暗碳固定的知识扩展到那些受到热液活动影响的地区”。研究人员的数据显示，在这一砂质沉积物浅水热液喷口处，活跃的流体流动维持着碳固定率，这是沿海边缘沉积物中确定的最高固碳率之一，这突出了热液作用在支持化学自养生产方面的影响，通过以电子供体的形式提供所需的化学物质，以及受体如氧。
' y: W# Q4 H Y, \当天气平静时，垫子的厚度可以增加到一英寸。风暴期间，垫子被卷走，提供了一种机制，将产生的生物量输出到周围的海洋，在那里它可以作为生物的食物。（图片来源：石溪大学Roy Price博士）# ~# v: y7 p B6 l) C0 U1 }
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! b' p" {" R7 }! {5 u将研究的排放点的产量推算为海湾约4英亩的总排放面积，每年产生7公吨碳。Sievert说：“这与4英亩玉米田的年产量差不多。”。
% a2 x$ I7 q. F: h3 z& A$ `研究还发现了一个非常活跃的微生物群落，能够对环境变化做出快速反应。米洛斯的化学合成生产主要由以下因素驱动弯曲杆菌属在开放孵化中占主导地位，但在封闭孵化中有所下降。其他细菌，尤其是伽马杆菌，在开放流培养中也有所增加，而其他，如变形菌纲和热脱硫杆菌门在封闭培养中增加。总的来说，这个群落从一个以化学合成微生物为主的群落转变为一个异养微生物比例更高的群落，即与人类一样使用有机碳作为食物的微生物。研究发现，微生物群落在几个小时内会因应不同的条件而发生变化，这种变化非常快，让研究人员感到惊讶。
. x& R0 @. p% @" g* b进行微生物速率测量和鉴定热液喷口处的各种微生物是一项合作努力。这项合作包括Sievert在使用孵化器和基于DNA和RNA技术鉴定微生物方面的专业知识。此外，不来梅大学研究人员、共同作者索尔维格·伯林（Solveig Bühring）的实验室提供了关于将标记的二氧化碳掺入微生物脂肪酸的数据。
! A9 V+ p& c* K' P6 ?“驱使我做这项研究的是我对了解事物是如何运作的好奇心。我对了解微生物在做什么以及它们如何帮助生态系统发挥作用感兴趣，”Sievert说。3 I, d# c+ A( }; h4 m! b2 N- R
他补充道：“每一种微生物都很小，但它们的综合影响是巨大的。”。“微生物是我们星球的引擎，基本上驱动所有生物地球化学循环，如氮和硫循环。”6 }% @6 E* R3 u8 Z2 I+ e( a* t
WHOI的Stefan Sievert（左）和他的合作者来自罗格斯大学的Costantino Vetriani测量沉积物中的温度分布。温度探头（两名潜水员之间）以预定间隔插入沉积物中，并记录温度。（图片来源：石溪大学Roy Price博士）。( U$ {) d. c3 e, [& b" t1 R' H
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4 I8 @ v0 n1 Q/ J9 O这项工作由美国国家科学基金会（NSF，USA）通过OCE-1124272拨款资助，并由德国科学基金会通过埃米·诺瑟计划资助。此外，Sievert还获得了世界卫生组织科学投资基金的支持。提交人还感谢雅典文物和文化遗产总局批准他们进行样本采集和处理。
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作者：Stefan M.Sievert1¶*,索尔维格·I·Bühring2¶*，Lara K.Gulmann1.，Kai Uwe Hinrichs3.，Petra Pop Ristova2.，Gonzalo V.Gomez Saez2.4 Y8 k2 |: @; d" u1 _$ r
从属关系：& Q3 z, r' G* j% ^; d; e2 D0 V4 D
1.美国马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所生物学系, x6 U% Q3 r( C1 B8 V( M
2.德国不来梅不来梅大学海洋环境科学中心MARUM水热地质微生物组 v9 F7 O9 T2 L$ U7 |- R4 P
3.MARUM海洋环境科学中心有机地球化学组；德国不来梅不来梅大学地球科学系, c0 T( }. Q, c7 Z) l8 O+ I B- h2 W
¶这些作者的贡献相等/ ^) m. M I% W8 K$ m
*通讯作者
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3 v8 k3 e2 D$ T: d0 c( o- P关于伍兹霍尔海洋研究所/ W& `, q1 K8 v" d1 j8 N* W
www.52ocean.cn |
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