世界海洋深处寒冷;大部分海底都处于寒冷的 4°C。加利福尼亚湾瓜伊马斯盆地的海底并非如此。在这里,构造板块逐渐分离,地球内部的热量会上升——如此之高,以至于它烘烤了大面积的海底沉积物,将埋藏的有机物质转化为甲烷和其他富含能量的化合物。
什么样的生物在这个海洋热点中茁壮成长?在两项新研究中,MBL 助理科学家 Emil Ruff 及其合作者表明,盆地内的不同区域拥有特别适应的微生物;发现这个深海群落的新微生物居民;并建议社区如何显着影响热海底沉积物中的碳循环。
就在地热与寒冷的深海相遇的海底,沉积物通常具有舒适的 30-60°C,这是喜热微生物(嗜热微生物)的理想温度。这些异国情调的热能爱好者可以使用甲烷作为能源,并在与地球上大多数其他生态系统如此不同的海景中茁壮成长,它们很可能完全存在于另一个星球上(见图 1)。甲烷吞噬者和其他利用热液化学能的生物是食物网的基础,没有它们,生态系统就不可能存在。在第一项研究中,Teske 等人。表明这些甲烷吞噬者和其他微生物特别适应盆地内不同的热和地球化学状况。
这些热液沉积物中的微生物群落非常多样化,但只有少数生物可以使用甲烷作为能源。那么,其他人都在做什么呢?
微生物多样性的很大一部分——或大部分——似乎由生物体组成,它们——像人类一样——只能使用减少的有机化合物作为能量(如糖、蛋白质和脂肪酸)。这些被称为异养生物的生物必须以某种方式依靠从地表海洋下雨或由甲烷吞噬者和其他初级生产者产生的生物量生存。
这些异养生物使用什么化合物来谋生以及为什么这么多不同的物种可以并排生活而不相互竞争,这是一个长期存在的问题。在第二项研究中,MBL 拉夫实验室的博士后科学家 Sherlynette Pérez Castro 和合作者表明,某些热爱好者专注于降解其他细胞死亡时释放到环境中的“碎片”:有机聚合物和大分子。
每个细胞,无论是微生物细胞还是人体细胞,主要由四种大分子组成:蛋白质、核酸(DNA、RNA)、脂质(脂肪酸)和多糖(糖)。研究人员先后使用这四种化合物中的每一种作为唯一的能源和碳源来生长和识别那些可以以相应化合物为生的深海生物。
他们发现,他们在实验室实验中可以培养的所有生物都属于以前未培养的微生物物种。实验还表明,每种聚合物都是整个生物体食物网的营养,这解释了单个分子如何维持生物体的动物园,这表明了共存异养生物高度多样性的原因。
令他们惊讶的是,48 种不同的培养物都没有产生甲烷,这是异养生物的常见最终产物。这可能意味着在海底排放的甲烷被微生物群落完全从生态系统中清除,这对仍有待探索的深海碳循环具有影响。