2020-02-27 08:41:02
研究人员将海洋的暮光带中的微生物与坚韧的有机分子分解联系起来

研究人员将海洋的暮光带中的微生物与坚韧的有机分子分解联系起来.jpg

海水不仅仅是咸水。海洋是名副其实的化学汤。

肉汤的一部分来自溶解的碳化合物,与大气中的碳含量相当,碳化合物占全球碳的重要存储量。研究人员正在积极地对世界海洋中碳的形成形式以及在海洋水中循环利用碳的生物过程进行分类。

一些分子,例如蛋白质和糖,很容易分解,而另一些则更耐降解。由加州大学圣塔芭芭拉分校的博士后研究员Shuting Liu领导的一项新研究调查了其中一些更顽强的化合物以及可以消化它们的微生物。该结果发表在《湖泊与海洋学》上,阐明了海洋碳循环的基本方面,并可能有助于科学家预测微生物在其调控中的作用。

生态,进化和海洋生物学系的Liu和Craig Carlson教授是在百慕大大西洋时间序列研究站点进行研究的小组的成员。该场址是Sargasso海的一项长期研究项目,Sargasso海本身就是百慕大附近大西洋的一个地区。多年以来,科学家们注意到在夏季较为平静的几个月中,地表水中会积聚溶解的有机物。冬季的恶劣条件将这些化合物混入更深的水中,科学家将这一层称为中弹性带或暮光带,因为它跨越了光能到达的最低深度。一旦发生这种情况,一些有机物就会分解,循环将再次开始。团队渴望了解原因。

为此,Liu和她的同事们专注于富含羧基的脂环族分子,即CRAM,这是一种具有相似化学性质的特别坚韧多样的有机化合物,其中一些包含海洋中更顽强的有机分子。

符合CRAM描述的一类化合物是木质素,木质素是赋予木材刚性的一组分子。实际上,刘在实验中使用木质素作为四种CRAM样模型化合物之一。

团队的目标很简单。刘说:“我们正在尝试观察哪些类型的微生物对中视骨细胞中的这些CRAM样化合物产生响应。”

科学家将他们的四种模型CRAM化合物引入了中古海水样本中,并观察了结果。在不同的时间间隔,他们使用显微镜分析了溶解的有机碳的浓度并计算了细菌细胞的总数。该小组还使用针对六个特定微生物谱系的分子探针来确定每种谱系相对于样品中总细胞生长的增长量。这告诉他们这些小组中哪个小组最活跃。

研究人员使用这些化合物的浓度比微生物在自然界中看到的浓度高出几个数量级。卡尔森说:“我们正在尝试一种实验性浓缩方法。” “如果我们以较高的浓度将其提供给他们,他们会使用吗?如果他们确实使用它,谁在使用它?”

他们发现,尽管这些化合物具有共同的特征,但它们在微生物中的可用性在各个谱系之间是不同的。卡尔森说:“其中一些化合物非常容易利用,而另一些则对木质素和腐殖酸具有更强的抗降解性。”

实验还证实了研究小组的假设,即在中古生境而不是海洋表层中相对更常见的微生物能够分解并使用这些强韧的化合物。俄勒冈州立大学的合著者和合作者Stephen Giovannoni和Jimmy Saw从基因组研究中隐含了这一发现。

在其他研究人员中,刘和卡尔森假设,中生层带拥有一个独特的微生物群落,能够利用生活在上面的微生物未接触的物质。表面细菌必须花费更多的能量来吸收氮和磷等营养物质,而这些营养物质在上层海洋中是稀缺的。相反,生活在阳光下的光合作用浮游生物提供了易于消化的碳。结果,表面微生物可能会使用最易接近的碳形式,而不是将能量吸收到更具抵抗力的有机化合物中。

据研究人员称,与此同时,中生度带中的氮和磷更深。结果,居住在那里的微生物可能有资源和能量进行投资,以分解和吸收更多的顽固形式的碳,例如CRAM。

Liu解释说,目前,CRAM的降解与中弹性层区域中某些微生物的存在之间的关系只是一种相关性。她希望通过追踪CRAM化合物降解过程中的碳并观察其研究的微生物是否吸收碳来建立因果关系。

Liu和Carlson计划在即将进行的实验中使用与实际海水更相似的化合物和浓度。他们的一位同事正在使用质谱法来表征海水中溶解的有机化合物,包括某些CRAM。一旦确定了这些化合物的更多特征,Liu可以使用类似的方法从环境中提取有机成分并进行类似的实验。

卡尔森说:“微生物是驱动这些重要生物地球化学循环的生物。” “它们如此之多,它们生长如此之快,它们的翻转如此之快。它们可以改变整个生态系统的化学分布。研究控制海洋最小生物体生长的因素对如何控制海洋中的化学循环具有重大意义。”

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