海洋学家成长 海洋微生物的基因组序列对气候变化很重要

海龟和鲸鱼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% - 而且个别太小，肉眼看不到。这些是海洋微生物，是一组多样的生物，包括微藻，病毒，细菌和古细菌。它们是海洋食物链的基础，负责控制大部分海洋的养分流和健康。

但鉴于它们的流行程度，人们很少知道它们如何在海洋中相互作用并实施基本过程，特别是在气候变化影响日益显着的深低氧水域。在这些地区，由于海水变暖和循环较少，由于过度驱动的微生物过程，高达一半的可用氮 - 一种对所有海洋生物至关重要的营养物 - 都会丢失。

现在，华盛顿大学的一个团队已经对已知存在于这些地区的常见但知之甚少的细菌有了新的认识。通过对微生物的整个基因组进行培养和测序，海洋学家发现它以新的和令人惊讶的方式显着地促进了从水中去除生命支持的氮。

“如果我们想了解海洋是如何工作的，并能够以任何预测的方式对海洋进行建模，我们需要更准确地了解输入和输出是什么，”资深作者，海洋学副教授Robert Morris说。 。“这是一种重要的有机体，可以固定碳，参与氮的流失，并且是由于气候变化而在海洋的一部分。我们现在拥有实验室中的第一个文化，我们可以研究它的生理学。”

该研究结果将于7月19 日出现在自然出版物“ 多学科微生物生态学杂志”上。

该生物体名为Candidatus Thioglobus autotrophicus，存在于世界各地的低氧水域中，是这些地区的主要生物之一 - 在某些地区，占所有细胞的40%至60%。

生物利用氧气进行代谢活动，但在低氧区域，细菌和古细菌已经进化为“呼吸”海水中的其他元素。其中之一是一种名为硝酸盐的化学物质，当受到呼吸时会产生气态氮。这种气体逃逸到大气中，有效地离开海洋并从水中去除有价值的氮。

由威斯康星海洋学家培育和测序的细菌被认为在从海洋中去除氮气方面发挥了重要作用，但到目前为止，科学家还没有完全了解它是如何发生的。

“我们通过提供完整的基因组来填补空白，”主要作者，海洋学博士生Vega Shah说。“现在我们可以谈论这些生物能做什么和不能做什么。”

该研究小组证实，这种细菌会导致氮素流失，但其方式与预期不同。更具体地说，他们负责关键步骤 - 将硝酸盐转化为类似的亚硝酸盐化学品 - 然后继续为其他氮去除过程提供燃料。早期的研究假设这些微生物也产生氨，这是另一种含氮化学物质。相反，UW团队发现微生物消耗氨，基本上与其他生物竞争这种对于生长和发育也很重要的氮化合物。

在全球范围内，随着气候变化产生产生低氧区的条件，包括更温暖的海洋温度和更少的水循环，这些细菌生存的海洋区域变得越来越大。

“从大局来看，我们知道容纳这些生物体的不同类型的氧气最小区域变得更大，更持久，”Shah说。“因此，无论这些错误对水化学的影响如何，大气层将变得越来越重要 - 基本上，它们的栖息地正在扩大。”

在实验室中培养这种有机体并非易事。威斯康星大学的海洋学家将几种技术结合起来，尽可能地将细菌培养在原生海洋环境中。花了将近一年的时间才将它们稳定到研究人员可以开始进行生理实验的程度。

然而，即使是实验也比平时花费更多时间，因为这些生物比实验室中培养的大多数培养物生长得慢得多。

“大多数实验持续10到15天，因为它们的生长速度非常慢。但优势在于它们实际上与它们在海洋环境中的表现非常相似，”莫里斯说。

在学生研究巡航期间，Shah从R / V Thomas G. Thompson的不列颠哥伦比亚省海岸的低氧海湾收集了该生物。然后，她使用这些生物在实验室中种植相同的后代。

研究人员接下来将研究这种细菌在海洋碳和硫循环中的作用。他们最近还获得了国家科学基金会的资助，用于研究这个有机体及其亲属在世界各地的其他低氧区域，包括墨西哥沿海地区。