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曝海底神秘古生菌 产温室气体或成全球变暖主因

http://www.kexue.com 2013-09-30 10:15:18 凤凰科技  发表评论


电子显微镜下的以氨为食的古生菌

研究里收集的海水样本瓶。它们看起来是空的,但实际上包含上百万种不同类型的微生物

  生物学家发现古生菌非常有趣,它组成了生命的三个主要分支之一。前两个已知的分支是细菌和真核生物,最后一个分支包括动物、植物和真菌。但古生菌非常神秘,科学家对它的了解非常有限。事实上,它们独特的状态直到1977年才被科学家所认识。

  如水晶般清澈的海里充满了各种不可见的生命体。全世界的海洋包含40亿吨神秘的微生物古生菌,大约相当于全世界鱼类的总重量。 科研船只上的科学家们准备将一项名为CTD-rosette 采水器的设备放进海洋里。这个采水器能够收集海洋不同深度的海洋样本,从海洋表面到海底数千英尺深处。这样获得的海水样本使得科学家能够发现生活在深海的微生物。

  每天上亿吨重的鱼类、哺乳动物、植物和其它海洋生物体死在海里。随着它们的腐烂,它们会释放出恶臭性气体氨。“水族馆里一点氨就足以杀死全部鱼类。”美国西雅图华盛顿大学的微生物生态学家大卫·斯特尔(David Stahl)这样说道。海洋里太多氨将相当于剧毒。

  但是海洋里的氨不会堆积到有害的程度。在过去的50年间,科学家一直好奇究竟是什么清除了氨,他们假定微生物是其中一员,但究竟是哪些微生物呢?海洋里有上百万种不同类型的微生物,只有少数会消耗氨。

  美国马里兰大学环境科学研究中心的科学家艾莉森·桑托洛(Alyson Santoro)正在积极寻找这些神秘的微生物。她认为某种未知的古生菌物种可能在氨刚形成时就迅速消耗了它,并将其转化为其它化学物质。这些古生菌甚至可能是第二个神秘之谜的关键所在——大量一氧化二氮气体的来源。每年海洋里有近200万吨一氧化二氮进入大气层,成为温室气体。它比二氧化碳吸收更多的太阳光,并且更大程度地加热了大气层。

  没有人知道这种一氧化二氮背后的生命形式,所有生物学家知道这种气体具有某种奇特的化学特征,它和吸收氨的微生物一样,都是科学界的未知。尽管它非常神秘,但这种微生物可能是地球上最常见的生命形式,然而过去几十年生物学家都没有研究它们,原因很简单:他们无法在实验室里培育这种生物。

  很难培育

  一般来说,生物学家会将神秘微生物放在玻璃瓶或者培养皿上培育它们,当获得大量微生物后他们就能鉴别其类属,或者进行实验观察它们所吃的食物或者生活方式。“你必须尝试不同的温度和食物”,桑托洛补充说道。

  桑托洛收集的海水样本包含上百万种不同类型的微生物,但大约99%从未在实验室环境内培育出。“还有很多微生物拒绝在实验室里生长,”麻省理工学院的微生物生态学家爱德华·德隆(Edward DeLong)这样说道。微生物拒绝在实验室里生长让科学家困惑不已,这使得科学家们很难理解它们是如何影响环境的。

  实验室培养微生物

  研究海洋微生物群落是非常具有挑战性的。在实验室里培育并观察微生物生态系统会改变微生物本身,且没有任何科学家可以预测它将如何改变。玻璃瓶里的条件与真实海洋里的完全不同,很可能玻璃瓶里的水包含更多食物。这将导致玻璃瓶里的微生物生长速度超过海洋里缓慢增长的微生物。

  这也是实验室研究人员有时候会忽略自然界最常见微生物的原因之一。试图查明海洋里究竟是什么生物消耗了氨的科学家们也面临这一的问题。消耗氨的微生物可能非常常见,但它们生长的非常缓慢,生物学家何时才能培养足够多的实验室微生物以研究它们?桑托洛意外地解决了这一问题:那便是完全不理睬这些微生物,不给它们提供任何食物补充。

  存活者

  DNA测试显示大多数玻璃瓶里的微生物在无食物供给后18个月后消失了,存活下来的主要是缓慢生长的古生菌。初一咋看古生菌类似于细菌,它们大小相当,而且在显微镜中和细菌一样具有相同的圆形和棒形状。但古生菌是完全不同的有机体。

  化学印记

  海洋里产生的一氧化二氮具有罕见的化学印记。桑托洛想要测试她培育的古生菌是否也具有相匹配的化学印记,这将暗示它是这种气体的来源。某些元素的原子,例如氮和氧,都有所谓的轻和重的形式。海洋里产生的一氧化二氮具有这种“重”原子的罕见比例,科学家将其定义为它们的特征标记。每10万个氮原子里有369个、每10万个氧原子里有209个是“重的”。它们具有额外的中子。其它地方的氮和氧,例如地球大气层里,也具有少数重原子,但海洋里产生的一氧化二氮的重原子更加多。

  然而桑托洛培育的古生菌产生的一氧化二氮只有少数重原子,即它与海洋里产生的一氧化二氮并不匹配,但“它的成分与后者非常相似,” 桑托洛说道。这暗示着,古生菌而非细菌,产生了主要的海洋一氧化二氮。因此这种古生菌不仅以氨为食,还释放了大量温室气体。如果科学家知道哪一种古生菌产生了温室气体,这将帮助他们更好地预测一氧化二氮以及全球温度水平在未来上升的速度有多快。

  科学家现在了解到古生菌无处不在,不仅在海洋里,也在干燥的陆地,甚至生活在人们的内脏里。科学家甚至争论古生菌是否会影响我们的胖瘦。最新数据并不支持古生菌影响体重的观点,但它的确提供了证据表明古生菌能够帮助消化食用纤维。加拿大多伦多大学和一所加拿大医院的研究人员将这项发现发表在8月13日的期刊《营养学》上。

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