由神秘的新細(xì)菌門主導(dǎo)的土壤深處的生命

我們腳下的土壤是擁擠與神秘的生命形式 – 可能比地球上任何其他棲息地都多.

科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)確定了一種全新的門細(xì)菌，這種細(xì)菌在 ”黑暗森林“我們星球的深層土壤。

候選門稱為CSP1-3 / CSP1-3 /于 2006 年在黃石公園的地?zé)嵯到y(tǒng)中首次被發(fā)現(xiàn)，此后幾年，它的親戚已在貧營養(yǎng)深層土壤– 就像熱帶雨林下的那些 – 以及地下土壤鐵被氧化的地方.

利用高質(zhì)量的宏基因組數(shù)據(jù)，一個國際研究團(tuán)隊終于整理出了這個細(xì)菌門的綜合基因組目錄。

他們的調(diào)查結(jié)果提供了”深刻洞察“了解這些細(xì)菌如何在地下深處生存，依靠從地表滴落下來的任何碳和氮為生。

該團(tuán)隊?wèi)岩蛇@些神秘微生物在深層土壤的能量和元素循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，而這些循環(huán)已經(jīng)存在了小于 10%我們星球的歷史。

“大多數(shù)人會認(rèn)為這些生物就像孢子一樣或處于休眠狀態(tài)，”解釋密歇根州立大學(xué) （MSU） 的微生物學(xué)家 James Tiedje 為這項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn)。

“但我們通過檢查它們的 DNA 發(fā)現(xiàn)的一個關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，這些微生物很活躍并且生長緩慢。”

Tiedje 和他的同事分析的深層土壤樣本來自美國和中國，深度可達(dá) 22 米。

CSP1-3 絕對主導(dǎo)了這些隱藏的生態(tài)系統(tǒng)，在某些深度（如 17 米和 22 米深）占群落的 60%。Tiedje 說，這種支配從未發(fā)生在地球表面的微生物群落中。

“我相信發(fā)生這種情況是因?yàn)樯顚油寥朗且粋€如此不同的環(huán)境，”他說，“而這群生物經(jīng)過了很長一段時間的進(jìn)化，以適應(yīng)這種貧瘠的土壤環(huán)境。

深層土壤的能量有限且營養(yǎng)匱乏，雖然這個生態(tài)系統(tǒng)在科學(xué)上被忽視了，最近的研究表明生活在這里的土壤微生物表現(xiàn)出很多更多元化比以前承認(rèn)的要多。

生活在地球表層土壤中的微生物種群僅延伸 30 厘米深，比生活在數(shù)百米深的種群密集得多。但它們的總?cè)丝跀?shù)量實(shí)際上非常相似;深層土壤微生物更加分散。

雖然門成員可能已經(jīng)進(jìn)化到充分利用各自的棲息地，但當(dāng)前研究的作者表示，所有成員都具有有氧一氧化碳 （CO） 氧化的能力。這是一種可以在營養(yǎng)限制期間提高細(xì)菌存活率的機(jī)制。

該門也顯示出氫代謝的跡象。

作者指出，一氧化碳和氫氣都是無處不在的能源，因此代謝氣體以獲得能量的能力”可能賦予重大的選擇性優(yōu)勢“在其他養(yǎng)分高度浸出的土壤中。

在他們的基因組目錄中，由中國西北農(nóng)林大學(xué)的微生物學(xué)家 Wenlu Feng 領(lǐng)導(dǎo)的 Tiedje 和同事發(fā)現(xiàn)了一個特殊的譜系，該譜系似乎在適應(yīng)土壤定植之前生活在水生棲息地中。

在進(jìn)行這種進(jìn)化跳躍時，微生物可能已經(jīng)獲得了一系列參與碳水化合物和能量代謝的基因。這可能幫助他們應(yīng)對營養(yǎng)可用性的頻繁波動。

“雖然這些研究為 CSP1-3 門的代謝潛力提供了初步見解，但解釋其系統(tǒng)發(fā)育、生態(tài)意義、環(huán)境適應(yīng)和進(jìn)化軌跡的系統(tǒng)努力仍然未知，”寫作者。

據(jù)估計，多達(dá)99.999%的地球微生物不為科學(xué)所知，而被認(rèn)為存在的數(shù)萬億個物種，超過 90%可能位于表面以下。CSP1-3 是眾多謎團(tuán)中的一個。

“CSP1-3 是清理土壤表層物質(zhì)的清道夫，”Tiedje說.“他們有工作要做。”

Tiedje、Feng 和同事現(xiàn)在想嘗試在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng) CSP1-3 微生物，看看它們實(shí)際上是如何開展工作的。

該研究發(fā)表在美國國家科學(xué)院 （PNAS.

寶寶起名 起名