地球全体上其实不是一块坚固的岩石,它的概况以下是火热的、暗中的、破裂的,但那边的性命方式却奇怪而美好。
在深层公开生活其实不简单,由于操纵矿物资和地质气体能量的生化反响(也被称为化学养分反响)其实不像光互助用那样高效。在光互助用下,绿色动物能够捕捉和操纵映照在空中上的阳光光子能量。有些公开微生物能够构成抗应力的胞子,坚持不活泼形态,以抵挡极度的公开前提。不然,微生物必需花费特定命量的能量,以保持细胞的完备性和一般功效。
此刻,基因测序技能使我们可以具体地研讨无机体大概对哪些情况成份举行代谢。我们还能够用元基因组学(metagenomics)来研讨全部群体的代谢潜能,这是一种研讨群体遗传多样性的办法。这些办法配合揭露了深层公开生物群落的整体布局和功效。我们对以卵白质细菌为主的群体(从海洋概况以下1000米到3000米处搜集)研讨标明,它们相互之间有着高度的类似性,这是由一种称为16S核糖体RNA的遗传标志所决议的。
但是,不异的功效特点却由差别的分类群照顾。这一变革不可经过搜集点差别来表明,也不可经过每一个地址共同的物理化学特点来表明,而凡是是由最具生态影响的身分所决议的。不管是深度仍是水的逗留工夫仿佛都不是形成这类差别的紧张身分。将来对公开微生物发源的观察,以及它们在地质历史上的退化和活动,将有助于我们对公开生物地舆学或生活景观的懂得。
我们近来完成了一项研讨,用高通量测序法来研讨公开微生物,以察看总RNA和卵白质的数目。在2015年的一篇论文中,我们初次描绘了在公开被主动履行的综合代谢功效收集。在南非Beatrix金矿地表下1300米处,活泼的生物群体由39个系属构成,包含三大生物范畴细菌、古生菌和真核生物,这些范畴乃至包含人类在内的庞大生物。总的来讲,生态零碎被卵白质细菌所主导。
份子数据,连同同位素地球化学和热力学摹拟,得出了配合的结论,最乐成的深层公开群体是betaproteobacteria,一种卵白质细菌,它们经过硝酸盐复原和硫氧化的耦合得到能量,以牢固二氧化碳增进细胞发展。深层公开微生物对硝酸盐的需求是出其不意的,在我们的研讨之前,它没有被留意到,由于在公开水样品中丈量的硝酸盐浓度很小。更风趣的是,我们揣度,深层公开微生物群曾经成立了强盛的、成对的代谢火伴干系或分解干系,这有助于无机体降服从岩石中提取无限能量的挑衅。这些微生物并没有间接彼此合作,而是成立了一个共赢的互助干系。
微生物细胞中的大部份碳都是间接从甲烷两头接得到的。这是精确的,虽然甲烷菌和甲烷氧化微生物在我们的样本中所占比例不到1%,这个比例惊人的低,由于甲烷是我们所研讨的水样本中最丰厚的消融气体(占80%)。不管是在工夫仍是在空间上,差别品种的微生物类群在深层公开接纳甲烷存在很大差别。
虽然存在代谢火伴干系的劣势,但有些深层公开微生物曾经退化到独自步履的水平。经过元基因组学和基于基因组的阐发,劳伦斯-伯克利国度尝试室的研讨迷信家迪伦奇威(Dylan Chivian)发明了一种硫酸盐复原细菌Candidatus Desulforudis audaxviator,它可以以完整自力更生的方法生活在公开生态零碎中。自从这一发明于2008年颁发以来,在大陆和陆地公开的其他处所都发明了这类细菌的踪影。
单细胞基因组数据标明,现代病毒传染将古菌基因转移到Candidatus Desulforudis audaxviator细胞中,为细菌的独立重生供给了基因机制。单细胞基因组数据不但答应我们研讨深层公开微生物基因组质料的细胞间变异环境,并且还能规复没法培育的微生物基因组蓝图。这些被轻忽的生物偶然被称为微生物暗物资,由于它们凡是可逃过传统的尝试室办法检测。与地理学上的暗物资一样,微生物暗物资远远超越了可见微生物的量。在野生尝试室前提下,约莫99%的微生物不会发展。我们必需依附单细胞基因组学和元基因组学来探求深层公开的微生物暗物资。
乃至在我们和其他几个研讨团队认识到细菌和病毒曾经在残酷的深层公开殖平易近的时辰,大大都迷信家仍旧以为,没有比这些单细胞生物更庞大的工具可以在那边保存下去。更庞大的是,多细胞生物在低氧程度和高压力情况下的顺应本领较弱,它们必要更多的食品。一样,在2006年,我们的团队开端在深层公开探求线虫。
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