在神秘的海底 这些微生物以甲烷为食
来源 : 科学之家   浏览 : [ ]

图片说明:美国俄勒冈州近海的水合物海岭是人们频繁进行海洋甲烷冷泉实验研究的平台。图为该环境中橙色的微生物垫和破碎的岩石地貌。通过相关标签可以分辨“HR3”实验场地中的各种移植和定殖实验。图左为深潜作业器的机械臂,右下方为采样仪。(图片:V. Orphan,L. Levin,WHOI)


斑驳破裂的海床其实并不冷清,在距离海平面不足1000米的岩石表面,处处都是生命的迹象:白色和橙色的微生物垫徐徐铺开,鱼虾蟹蚌悠然游走,甲烷气泡循着石缝翻腾跳跃……这里便是海洋甲烷冷泉(以水、天然气、石油、硫化氢、细粒沉积物为主要成分的海底天然气渗漏,广泛分布于全球的自然现象)区,它是地球大陆构造边缘的一种常见生态系统,但直到20世纪80年代才为世人所知。

2000年前后,科学界发现,在这个包含多种生物种群的生态系统中,生活着一种以甲烷为食的微生物,它们的存在有效限制了渗入海洋以及大气中的甲烷数量。倘若没有这种生物过滤,海洋和大气系统中将会有至少4倍的甲烷渗入,地球气候也将随之产生变化。

甲烷冷泉区的有机体不惧怕海床区域低温高压的环境,同时还能快速适应由地质力量频繁引发的景观变化。甲烷冷泉在长短不定的时间段内或休眠、或喷发、或转移,而该区域内的生物群落却在这变化的环境中生生不息。科学家至今未完全搞清楚一个重要问题:这些生物如何快速适应环境变化?毕竟环境变化无时无刻不在地球上演。物种对变化环境的反应速率有多高?是否有些物种对环境变化更加敏感?如何在较短时间内对冷泉开展实验?要知道,甲烷的喷发和休眠可能数万年才交替一次,而攻读博士学位大概5年时间也就能毕业了。

不过,mBio(美国微生物学会旗下学术期刊)在2015年12月刊出的一项研究表明,以空间交换时间也许是可行的解决办法。研究人员收集了海床内来自甲烷喷发区和甲烷休眠区的样本,并对之进行移植实验。这些移植实验模拟了活跃和休眠两种情况下的海洋甲烷冷泉,使在可控的时间尺度内追踪微生物反应和行为的变化成为可能。

图片说明:上图描述的是移植实验,其中来自甲烷喷发区的碳酸盐岩石(本图中为灰色块状)被移植到休眠地区,或反之。喷发区的活跃程度通过甲烷气泡和包括管状蠕虫、蛤和细菌斑等海洋生物密度进行判断。休眠区尽管存在特有的生物种群,但其生物种群密度与喷发区相比相对低。图片来源:David Case

该研究得出两个惊人的发现。其一,海洋甲烷冷泉区拥有的微生物种群数量比之前科学家们了解的要庞大得多。过去的研究通常着眼于沉积物(部分原因是挖取泥土比提取和分析海床上的大块岩石要简单得多),但如今研究人员发现,较之于海洋沉积物,海床的岩石才是甲烷冷泉生态系统中可用栖息地的主要组成部分。在甲烷冷泉区中,寄居于岩石的微生物不仅不同于冷泉区微生物学的传统解释,它们在这些栖息地的生物种群中更是占据了主导地位。

其二,研究人员发现,微生物群落总体对甲烷休眠比较无动于衷(甲烷停止渗漏后,它们不会即刻死亡),但对甲烷喷发十分敏感(甲烷一旦开始渗漏,它们便迅速发生变化)。这一发现具有重大的生态学意义:一旦环境变得不利于生长,以甲烷为食的微生物群便会努力适应周遭环境,等待更合生长的时机。另一方面,如果甲烷喷发再次来临,这些微生物便会快速响应,尽情享受饕餮盛宴。

上述发现与物种进化以及适应多变环境是一致的,对于气候变化引起的环境变化来说也是好事:这些处于生物多样性热点地区食物链底端的冷泉微生物,似乎有一种可以在短时间内快速复原的能力。研究人员的观察结果表明,在足够长的时间内,这些微生物最终还是会随着环境变化而改变,但“足够长的时间”到底有多长仍然未知。

海底甲烷冷泉和它更上相的哥们"海底热泉"(指海底深处的喷泉,原理和火山喷泉类似)一样,生养了丰富多样的海洋生物。在过去的40年内,科学家平均每两周就会在甲烷冷泉和其他类型的喷发处发现新的生物物种。而且据预测,目前已勘探区域仅占到全球范围内的20%。

海洋仍然是地球上最神秘的地方,海洋研究对人类而言具有重要的意义。(科学之家:译审/编辑:Rui)
文章来源: http://blogs.discovermagazine.com/the-extremo-files/2015/12/23/how-methane-eating-microbes-respond-to-rapid-environmental-change/#.VpNCZtIwgdX
点击收藏

相关文献

 
Methane Seep Carbonates Host Distinct, Diverse, and Dynamic Microbial Assemblages | David H. Casea, Alexis L. Pasulkaa, Jeffrey J. Marlowa, Benjamin M. Grupeb,Lisa A. Levinb, Victoria J. Orphana | doi: 10.1128/mBio.01348-15, 22 December 2015 mBio vol. 6 no. 6 e01348-15

版权声明

 
本站所有注明"来源:科学之家"的文字、图片和音视频资料,版权均属于科学之家所有,任何网站、媒体或个人禁止转载,如需合作请联系QQ:1002833710。

关键词

 

文章评论

 

热门文章

 
x 关闭
打开微信"扫一扫",打开网页后点击屏幕右上角分享按钮
x 关闭
右键图片另存为下载到本地
分享到微博
自然科学 健康医药 环境生物 社会人文 科研干货