“最新发现：我国科学家揭示海洋下洋壳岩石中的深部微生物及其生存策略”

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黄娇科技日报记者王春

海底坚硬的岩盘内是否存在微生物？ 维持生命的方法是什么？ 3月11日24时，国际顶尖学术杂志《自然》刊登了同济大学海洋与地球科学学院副教授李江涛与美国伍兹霍尔海洋研究所合作完成的最新研究成果《Recyclingandmetabolic Flexibility Dictatel ifeint Helower OCEAninitic》。 研究表明，海洋下洋壳岩石中确实存在微生物，它们依靠自养方法生存，并依靠摄取现成有机物的从属营养方法生存，从而揭示了海洋下洋壳岩石中存在的深部生命圈及其生存策略。

过去20年来，地球深部生命研究的重要进展之一是发现海底洋壳生物圈。 洋壳广泛分布于世界海底，体积庞大，是世界海洋沉积物总体积的5倍左右，因此这里栖息的微生物规模不容忽视，它们对世界生物地球化学元素的循环和海底地形风化有着重要的潜在影响。 但是，由于取样技术和条件的限制，洋壳岩石生物圈的研究和认知还十分有限。 虽然目前有限的研究大部分集中在洋壳表层的玄武岩中，约占洋壳体积三分之二的下洋壳也被认为是深部微生物的可生存环境之一，但目前还没有直接的证据，对于那里生存的微生物及其极端环境的应对措施也几乎没有

年11月30日至年1月30日展开的国际大洋发现计划( iodp ) 360航次为科学家们研究下洋壳深部生物圈提供了良好的契机。 位于西南印度洋洋中脊atlantis ii变换断层的atlantis bank，早期的构造运动剥落上洋壳，下洋壳的岩石直接露出海底，成为发现内洋壳深部生物的天然窗。 iodp 360航次在该地区进行钻探岩心，得到了距海底809米范围内的下洋壳辉长岩。

从钻井取样到随后的室内分解，采取了严格的污染防治措施，在近800米的深度剖面上，从上到下选取了11个岩石样品用于分解测试。 细胞染色计数结果表明，下洋壳辉长岩中的生物量极低，远低于正常海洋沉积物及上洋壳表层玄武岩中的生物量。 并且，一系列证据表明岩石中这些微生物的细胞完整，可以进一步生长发育，经过长时间的富集培养，检测到甲烷浓度的增加，表明了甲烷产生过程的发生。 从很多岩石中检测出了一定的atp浓度，显示出了活跃的微生物的存在。 部分样品检测出碱性磷酸酶的活性等。

认为下壳岩石环境条件恶劣，营养物质匮乏，那里生存的微生物面临的一大挑战是如何获取足够的碳源和能源以支持基本的能源诉求。 该研究的一大亮点是，成功提取了超低生物量岩石样品中的微生物mrna宏观转录组，从基因表达水平分析了下洋壳岩石极端环境中微生物的生存策略。 结果证实了h2氧化、ch4氧化、硫/氮循环等海洋极端环境中常见的化学能自营养途径的存在。 然而，出乎意料的是，研究中获得了较为丰富的异养过程相关的基因，其表达似乎远远高于自养过程，表明采用可发酵的有机高分子适应下洋壳环境“慢车道”生活的微生物不断增加。 “这些代谢途径反映了深部生物圈对有限和理发可用资源的竞争和适应。 ”李江涛说。

海洋学专家表示，该研究结果证实了下洋壳深部生物圈的存在，扩大了生物圈地球圈内部分布的下限。 鉴于下壳在世界海底的广泛分布及其巨大体积，这里栖息的微生物群落虽然具有极低的生物量和较慢的生长速度，但仍可能对全球物质循环产生重要影响。

同济大学海洋地球科学学院李江涛副教授和美国伍兹霍尔海洋研究所p. mara博士是这篇论文的共同第一作者，美国伍兹霍尔海洋研究所v. p. edgcomb博士是论文的通讯作者。 这项研究是国际合作的成果，研究成员来自国际知名的海洋研究机构，除同济大学、美国伍兹霍尔海洋研究所外，还包括斯克里普斯海洋研究所、德克萨斯农工大学、德国布莱斯特大学、法国布雷斯特大学等。 该项研究分别得到了国家自然科学基金、科技部973计划、中国iodp及美国国家科学基金等的资助。