切薩皮克灣以其藍(lán)蟹而聞名，但那些甲殼類動(dòng)物的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了更多的居民：細(xì)菌。每毫升海灣水都是成千上萬(wàn)的海洋微生物的家園，這些海洋微生物是海灣生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。為了保護(hù)這些生態(tài)系統(tǒng)，科學(xué)家們想要了解這些細(xì)菌如何自我喂養(yǎng)。

現(xiàn)在，特拉華大學(xué)的一組研究人員發(fā)現(xiàn)，大約40%的切薩皮克灣細(xì)菌利用陽(yáng)光作為補(bǔ)充能量的來(lái)源。他們的研究結(jié)果發(fā)表在7月份的“應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)”雜志上，他們研究的照片刊登在期刊的封面上。

海灣細(xì)菌以溶解在水中的營(yíng)養(yǎng)物為食，例如碳，其在植物和其他生物分解時(shí)產(chǎn)生。然而，海灣中的一些細(xì)菌也可以使用視紫紅質(zhì)從太陽(yáng)中獲取能量，視紫紅質(zhì)是人眼用來(lái)處理光的光敏蛋白。產(chǎn)生視紫紅質(zhì)的微生物利用光來(lái)產(chǎn)生化學(xué)能。

“長(zhǎng)期以來(lái)，我們一直認(rèn)為這個(gè)系統(tǒng)就像細(xì)胞的備用發(fā)生器一樣，當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞沒(méi)有足夠的有機(jī)碳可以產(chǎn)生所需的能量時(shí)，細(xì)菌細(xì)胞就可以從陽(yáng)光中獲取能量，” Julia Maresca，特拉華大學(xué)土木與環(huán)境工程副教授。

她的發(fā)現(xiàn)正在改變這種范式。

“光不是備用發(fā)電機(jī)，而是許多細(xì)菌常用的額外能量來(lái)源，”她說(shuō)。“他們不必?fù)碛兴?- 它們?cè)诤诎抵羞\(yùn)行得很好。但是當(dāng)它們擁有它時(shí)，它給了它們額外的能力。”

為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究小組研究了切薩皮克灣的細(xì)菌，這種細(xì)菌含有豐富的碳，以及其他營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，如氮和磷。

“這些微生物不會(huì)挨餓，所以他們真的不需要備用發(fā)電機(jī)，但很多都有這種非常簡(jiǎn)單的光系統(tǒng)，”Maresca說(shuō)。

Maresca和她的團(tuán)隊(duì)首先在從薩斯奎哈納河到大西洋的切薩皮克灣進(jìn)行為期五天的巡航期間收集樣本。他們?cè)诿刻焐衔?1點(diǎn)和晚上11點(diǎn)丟棄收集瓶。

以前的研究表明切薩皮克灣高達(dá)90%的微生物可能含有制造視紫紅質(zhì)的遺傳物質(zhì)。Maresca的結(jié)果與該估計(jì)結(jié)果一致 - 但并非所有具有制造視紫紅質(zhì)的基因的細(xì)菌實(shí)際上都是如此。

“我們之前沒(méi)做過(guò)的事情就是確定實(shí)際生產(chǎn)視紫紅質(zhì)的微生物有多少，”Maresca說(shuō)。“如果他們有這個(gè)基因，他們就有可能制造這個(gè)系統(tǒng)，但在過(guò)去，我們無(wú)法弄清楚究竟有多少細(xì)胞在制造它。”

為了確定這一點(diǎn)，研究人員必須能夠在細(xì)菌細(xì)胞中拾取非常微弱的標(biāo)記物。Maresca與特拉華生物技術(shù)研究所的副科學(xué)家兼原子力和單分子顯微鏡專家Chandran Sabanayagam合作開(kāi)發(fā)了一種檢測(cè)方法。他們使用全內(nèi)反射熒光顯微鏡，這種方法長(zhǎng)期用于檢測(cè)蛋白質(zhì)，但尚未應(yīng)用于自然系統(tǒng)。

結(jié)果令人驚訝。

“我們認(rèn)為我們會(huì)看到，隨著細(xì)菌饑餓的指標(biāo)增加，我們會(huì)看到更多的光線使用，”Maresca說(shuō)。“我們所看到的恰恰相反。”

細(xì)菌在藻類和其他產(chǎn)生碳的生物體的存在下更經(jīng)常產(chǎn)生視紫紅質(zhì)。與靠近薩斯奎哈納河的咸水較少相比，它們?cè)诳拷Ｑ蟮南趟挟a(chǎn)生更多的視紫紅質(zhì)。研究小組發(fā)現(xiàn)，總共有大約40%的海灣微生物產(chǎn)生了視紫紅質(zhì)。

“我們實(shí)際上認(rèn)為這里發(fā)生的事情不是使用這些視紫紅質(zhì)作為備用發(fā)電機(jī)，而是更像太陽(yáng)能電池板，讓你將能源賣回電網(wǎng)，”馬雷斯卡說(shuō)。“這是獎(jiǎng)金而不是備份，所以它讓他們能夠做比平常更多的事情。”

需要更多的研究來(lái)確定細(xì)菌對(duì)額外能量的作用，但是它們可以用它來(lái)獲取更多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)甚至游泳，這是合理的。

像這樣的研究也很重要，因?yàn)樗鼈兲峁┝艘恍┒床斓厍蛏夏承╆?yáng)光照射的地方 - 因?yàn)椴坏?%被植物捕獲用于光合作用，Maresca說(shuō)。