在南極洲的Vestfold山被隔離，深海湖泊在3500年前被南極大陸上升與海洋隔離，導致海水生態(tài)系統在極端寒冷中保持液態(tài)，并為研究人員研究現在茁壯成長的微生物的進化提供獨特的利基在這種條件下。深湖的微觀居民以haloarchaea為主，微生物需要高鹽濃度才能生長，并且自然適應條件 - 在零下20°C - 這將對其他生物體造成致命的寒冷。在2013年9月30日在線發(fā)表在美國國家科學院院刊上的 詳細分析 (PNAS)，研究人員首次能夠獲得Deep Lake微生物群落的完整生態(tài)圖像。

由澳大利亞新南威爾士大學的Rick Cavicchioli領導的團隊與美國能源部聯合基因組研究所(DOE JGI)合作，從單個微生物中分離的DNA中生成序列數據，并將其與采樣的宏基因組(微生物群落)信息進行比較在深湖的不同深度。

“了解haloarchaea如何在深湖中茁壯成長，可以用來開發(fā)工程概念，以降低各種情況下的能源成本，例如清理永久性或季節(jié)性寒冷地區(qū)的污染場地，”Cavicchioli說。由于親愛的酶在極端條件下發(fā)揮作用的能力，他建議它們也可以用作肽合成和提高油回收的催化劑，并且可以在水 - 有機溶劑混合物中起作用。“這些酶對于用特別高含量的石油基產品轉化污染場地特別有用，”他補充說。

深湖的極端情況使得微生物鄰近相當均勻。研究中的四種分離物代表了社區(qū)中約72%的細胞。雖然跨物種邊界的基因交換被認為是罕見的，但研究人員觀察到生活在湖泊的超鹽環(huán)境中的haloarchaea相對經常地實踐它，就像鄰居在小城鎮(zhèn)的咖啡klatch中“咀嚼脂肪”一樣。“有趣的是，雖然基因交換猖獗，但物種譜系似乎是由于每個物種都具有高水平的專業(yè)化，能夠實現小眾分割和和平共存，”Cavicchioli說他們的研究結果。“Haloarchaea以'混雜'而聞名，也就是說，它們之間易于交換DNA。我們的研究表明，這種交換發(fā)生的程度遠高于以前在自然界中記錄的水平。他們溝通，分享，專業(yè)化和共存。“

這種“對話”的區(qū)別在于Deep Lake的haloarchaea不僅在物種之間交換DNA的信息，而且在不同的屬中交換DNA的信息，而且在大量的部分中，大約35,000個代碼字母，而不是一個字母不合適。雖然它可能很慢，但是這個給予和接受的東西充滿了必要的信息，這個詞在社區(qū)中傳播。“不同湖泊生物之間長期高度相同的共有序列引發(fā)了對潛在交叉污染的強烈懷疑，”DOE JGI的微生物項目負責人，該研究的共同作者Tanja Woyke說。“然而，通過對人工完成和策劃的基因組的艱苦驗證，我們能夠排除任何過程引入的工件，并確認這是真正的種間基因交換。”

Cavicchioli指出，“由于內容轉移缺乏核心基因，它說明了這些微生物的靈活性和協作性。這種穿梭的基因內容可以賦予諸如對病毒的抗性或增強其響應特定環(huán)境因素的能力等益處。此外，我們分析的標記表明，整個Deep Lake社區(qū)都發(fā)生了高水平的基因交換。“

一種特殊的微生物參與者，稱為tADL，占湖泊群落細胞含量的約44%，這是地球上從二氧化碳合成有機化合物方面生產力最低的環(huán)境之一。地球上的大多數生命依賴于這個過程，但Deep Lake的微生物生命每年只有六代細胞分裂，因此tADL相對“高能量”的新陳代謝使其擅長降解碳水化合物，對甘油具有特殊的味道，甘油是一種天然的副產品捕光藻類。“關于他們吃什么的一個關鍵是，通過選擇不同的食物來源，他們可以共存并繼續(xù)繁殖，并以相對和諧的方式生活，”Cavicchioli說。

Cavicchioli承認， PNAS 論文代表了合并和分析過去八年匯集的集體數據集所產生的更為引人注目的發(fā)現的綜合。在此過程中，記錄的一個重要里程碑是從極地環(huán)境中分離出的生命樹的古菌分支的第一個成員的基因組測序和分析。

“每次我們在那里戳一個組織棒”，我們就會找到我們從未想到的東西，“Cavicchioli說。“每個湖泊也有自己獨特的特征，因此還有很多東西需要發(fā)現。這些南極考察代表了大量的物流投資，澳大利亞南極分部和澳大利亞南極科學計劃的資金數百萬，利用了JGI的強大資源。作為一項長期投資戰(zhàn)略，事實證明這是一個很好的模型，可以說明一群靈活的科學家如何能夠為強大的科學成果提供可靠的途徑。“