海洋微生物 -氨氧化菌是自养菌吗

在黑暗的深海水域中发生的事情比你想象的要多：不计其数的看不见的微生物在水体中过着它们的日常生活。如今，在一项新的研究中，来自南丹麦大学等研究机构的研究人员发现，其中的一些微生物以一种意想不到的方式产生氧气。相关研究结果发表在2022年1月7日的Science期刊上，论文标题为“Oxygen and nitrogen production by an ammonia-oxidizing archaeon”。论文通讯作者为南丹麦大学生物学系助理教授Beate Kraft。

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氧气对地球上的生命至关重要，主要由植物、藻类和蓝细菌通过光合作用产生。已知有少数微生物可以在没有阳光的情况下制造氧气，但到目前为止，人们只在非常特定的栖息地发现了数量非常有限的微生物。海洋中有活的微生物Nitrosopumilus maritimus（海洋氨氧化古菌）和它的表亲。

呆在黑暗中的幽灵生物

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Kraft说，“这些家伙在海洋中真的很丰富，它们在氮气循环中发挥着重要作用。为此它们需要氧气，所以长期以来一直存在一个难题，即为何它们在没有氧气的水域也非常丰富。我们认为，它们只是呆在那里，没有任何功能；它们一定是某种幽灵细胞。”

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氮循环，图片来自Frontiers in Marine Science, 2019, doi:10.3389/fmars.2019.00739。

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论文共同作者、Don Canfield说，然而，这其中有一些令人费解的地方：“这些微生物是如此普遍，一桶海水中每五个细胞就有一个是它们”。因此，这些作者开始感到好奇；它们在缺氧的水中会不会有什么功能？

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它们自己制造氧气

Kraft决定在实验室里测试它们。“我们想看看如果它们耗尽了氧气会发生什么，就像它们从富氧水域转移到缺氧水域时那样。它们会存活吗？”

Canfield说，“我们看到它们如何耗尽水中的所有氧气，然后令我们惊讶的是，在几分钟内，氧气水平又开始增加。这是非常令人兴奋的。”

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对我和我的朋友来说足够了

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这些作者证实海洋氨氧化古菌能够在黑暗环境中制造氧气。虽然制造的氧气不多---根本没有多到会影响地球上的氧气水平，但足以维持它们自己的生存。

Kraft解释说，“如果它们产生的氧气比它们自己需要的多一点，它将很快被它们附近的其他生物所摄取，所以这些氧气将永远不会离开海洋。”但是，这些极其丰富的产氧微生物对它们所处的环境有什么影响？

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新的海洋考察

科学家们已知道氨氧化古菌是微生物，它们维持着全球的氮循环，但他们并不清楚它们的全部能力。

在这种新发现的产氧途径中，海洋氨氧化古菌将氧气产生与气态氮的产生偶联起来。通过这样做，它们从环境中去除生物可用的氮。

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Kraft说，“如果这种生活方式在海洋中广泛存在，这无疑迫使我们重新思考我们目前对海洋氮循环的理解。我的下一步是调查我们在世界各地不同海洋点的缺氧水域的实验室培养物中看到的现象。”

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她的研究团队已经在丹麦的Mariager Fjord采集了样本，下一站是墨西哥和哥斯达黎加附近的水域。

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参考资料：

Beate Kraft et al. Oxygen and nitrogen production by an ammonia-oxidizing archaeon. Science, 2022, doi:10.1126/science.abe6733.

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来源：生物谷

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