海龜和鯨魚可能是海洋中具有魅力的生物，但海洋的真正主要部分占海洋生物量的98% - 而且個(gè)別太小，肉眼看不到。這些是海洋微生物，是一組多樣的生物，包括微藻，病毒，細(xì)菌和古細(xì)菌。它們是海洋食物鏈的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)控制大部分海洋的養(yǎng)分流和健康。

但鑒于它們的流行程度，人們很少知道它們?nèi)绾卧诤Ｑ笾邢嗷プ饔貌?shí)施基本過(guò)程，特別是在氣候變化影響日益顯著的深低氧水域。在這些地區(qū)，由于海水變暖和循環(huán)較少，由于過(guò)度驅(qū)動(dòng)的微生物過(guò)程，高達(dá)一半的可用氮 - 一種對(duì)所有海洋生物至關(guān)重要的營(yíng)養(yǎng)物 - 都會(huì)丟失。

現(xiàn)在，華盛頓大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對(duì)已知存在于這些地區(qū)的常見(jiàn)但知之甚少的細(xì)菌有了新的認(rèn)識(shí)。通過(guò)對(duì)微生物的整個(gè)基因組進(jìn)行培養(yǎng)和測(cè)序，海洋學(xué)家發(fā)現(xiàn)它以新的和令人驚訝的方式顯著地促進(jìn)了從水中去除生命支持的氮。

“如果我們想了解海洋是如何工作的，并能夠以任何預(yù)測(cè)的方式對(duì)海洋進(jìn)行建模，我們需要更準(zhǔn)確地了解輸入和輸出是什么，”資深作者，海洋學(xué)副教授Robert Morris說(shuō)。 。“這是一種重要的有機(jī)體，可以固定碳，參與氮的流失，并且是由于氣候變化而在海洋的一部分。我們現(xiàn)在擁有實(shí)驗(yàn)室中的第一個(gè)文化，我們可以研究它的生理學(xué)。”

該研究結(jié)果將于7月19 日出現(xiàn)在自然出版物“ 多學(xué)科微生物生態(tài)學(xué)雜志”上。

該生物體名為Candidatus Thioglobus autotrophicus，存在于世界各地的低氧水域中，是這些地區(qū)的主要生物之一 - 在某些地區(qū)，占所有細(xì)胞的40%至60%。

生物利用氧氣進(jìn)行代謝活動(dòng)，但在低氧區(qū)域，細(xì)菌和古細(xì)菌已經(jīng)進(jìn)化為“呼吸”海水中的其他元素。其中之一是一種名為硝酸鹽的化學(xué)物質(zhì)，當(dāng)受到呼吸時(shí)會(huì)產(chǎn)生氣態(tài)氮。這種氣體逃逸到大氣中，有效地離開(kāi)海洋并從水中去除有價(jià)值的氮。

由威斯康星海洋學(xué)家培育和測(cè)序的細(xì)菌被認(rèn)為在從海洋中去除氮?dú)夥矫姘l(fā)揮了重要作用，但到目前為止，科學(xué)家還沒(méi)有完全了解它是如何發(fā)生的。

“我們通過(guò)提供完整的基因組來(lái)填補(bǔ)空白，”主要作者，海洋學(xué)博士生Vega Shah說(shuō)。“現(xiàn)在我們可以談?wù)撨@些生物能做什么和不能做什么。”

該研究小組證實(shí)，這種細(xì)菌會(huì)導(dǎo)致氮素流失，但其方式與預(yù)期不同。更具體地說(shuō)，他們負(fù)責(zé)關(guān)鍵步驟 - 將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為類似的亞硝酸鹽化學(xué)品 - 然后繼續(xù)為其他氮去除過(guò)程提供燃料。早期的研究假設(shè)這些微生物也產(chǎn)生氨，這是另一種含氮化學(xué)物質(zhì)。相反，UW團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)微生物消耗氨，基本上與其他生物競(jìng)爭(zhēng)這種對(duì)于生長(zhǎng)和發(fā)育也很重要的氮化合物。

在全球范圍內(nèi)，隨著氣候變化產(chǎn)生產(chǎn)生低氧區(qū)的條件，包括更溫暖的海洋溫度和更少的水循環(huán)，這些細(xì)菌生存的海洋區(qū)域變得越來(lái)越大。

“從大局來(lái)看，我們知道容納這些生物體的不同類型的氧氣最小區(qū)域變得更大，更持久，”Shah說(shuō)。“因此，無(wú)論這些錯(cuò)誤對(duì)水化學(xué)的影響如何，大氣層將變得越來(lái)越重要 - 基本上，它們的棲息地正在擴(kuò)大。”

在實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)這種有機(jī)體并非易事。威斯康星大學(xué)的海洋學(xué)家將幾種技術(shù)結(jié)合起來(lái)，盡可能地將細(xì)菌培養(yǎng)在原生海洋環(huán)境中?；藢⒔荒甑臅r(shí)間才將它們穩(wěn)定到研究人員可以開(kāi)始進(jìn)行生理實(shí)驗(yàn)的程度。

然而，即使是實(shí)驗(yàn)也比平時(shí)花費(fèi)更多時(shí)間，因?yàn)檫@些生物比實(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)的大多數(shù)培養(yǎng)物生長(zhǎng)得慢得多。

“大多數(shù)實(shí)驗(yàn)持續(xù)10到15天，因?yàn)樗鼈兊纳L(zhǎng)速度非常慢。但優(yōu)勢(shì)在于它們實(shí)際上與它們?cè)诤Ｑ蟓h(huán)境中的表現(xiàn)非常相似，”莫里斯說(shuō)。

在學(xué)生研究巡航期間，Shah從R / V Thomas G. Thompson的不列顛哥倫比亞省海岸的低氧海灣收集了該生物。然后，她使用這些生物在實(shí)驗(yàn)室中種植相同的后代。

研究人員接下來(lái)將研究這種細(xì)菌在海洋碳和硫循環(huán)中的作用。他們最近還獲得了國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助，用于研究這個(gè)有機(jī)體及其親屬在世界各地的其他低氧區(qū)域，包括墨西哥沿海地區(qū)。