在共生细菌的帮助下深海中的贻贝和海绵可以在油上茁壮成长

在墨西哥湾的沥青火山喷出石油，天然气和焦油，贻贝和海绵与细菌共生，为它们提供食物。马克斯普朗克海洋微生物研究所的科学家和来自美国的同事现已发现深海动物与细菌共生，这些细菌利用油作为能源，并且似乎在油中的短链烷烃中茁壮成长。研究人员表示，与深海地平线漏油事件中盛行的共生体密切相关的细菌利用这种能力降解海洋中的石油。

铺设道路时会发生闷热和加热，海滩上的黑色焦油块会粘在你的脚上 - 沥青不适合居家般的栖息地。然而，它形成了繁荣的贻贝，螃蟹，蠕虫，海绵和许多其他动物生态系统的基础。

在墨西哥湾的深处，石油和焦油从海底渗出，形成奇形般的结构，让人想起冷却的熔岩 - 所谓的沥青火山。近15年前，来自不来梅，德国和美国的研究人员发现了这些火山。这些异国情调的环境仍然存在许多惊喜，例如现在在由自然微生物学杂志发表的一项研究中，由Maxim Rubin-Blum领导的国际研究小组和来自德国不来梅马克斯普朗克海洋微生物研究所的Nicole Dubilier。

共生细菌使用新能源和碳源

位于墨西哥湾水深约3000米的Campeche Knolls沥青火山是繁荣的生物群落的家园。但这些生物是从哪里生活的?

“他们不能吃沥青或油，其他食物来源在深海很少见，”Rubin-Blum解释道。“但是，有些动物与细菌建立了共生关系，其中一些共生体可以从油中提取能量和碳。”海洋研究人员早就知道其他富含石油的环境中的这类细菌 - 但它们是不与共生共存的自由生物微生物。

被宠坏的环形破碎机

这些油降解细菌属于Cycloclasticus属。它们的名字意为“破碎剂”，并描述了它们通过破坏油中难以破裂的环状结构来降解油的能力。这些芳香族化合物(称为多环芳烃或多环芳烃)对大多数生物都具有高毒性，降解它们是一项耗费大量能源的艰巨过程。

不来梅研究人员在贻贝和沥青火山的海绵中发现的共生Cycloclasticus不再为降解多环芳烃而烦恼。他们专注于石油易降解的化合物 - 丁烷，乙烷和丙烷等天然气体，称为短链烷烃，使自己的生活更轻松。“这些微生物不再降解PAH，”Rubin-Blum解释说，“因为他们失去了做这件事所需的基因。”这是首次发现的Cycloclasticus细菌不能再降解PAH，而是从短链烷烃中获取所有能量和碳。

因为短链烷烃易于使用，许多微生物竞争它们。这些共生细菌如何依赖这些激烈竞争的化合物，为什么它们放弃了生活在PAH上的能力呢?

“我们认为他们只能承担这种”奢侈品“，因为它们与贻贝和海绵共生，”不莱梅马克斯普朗克研究所的Nicole Dubilier解释道。“这些宿主通过对周围海水的不断过滤，为共生的Cycloclasticus提供连续供应的短链烷烃。通过生活在动物体内，这些共生体得到很好的照顾，不必与自由生活的细菌竞争。”

“这是第一次描述基于短链烷烃的共生，”Rubin-Blum补充道。因此，该研究扩展了可以为化学合成共生提供动力的已知物质的范围。

自由亲戚：出差前的快乐

Rubin-Blum，Dubilier和他们的同事将共生细菌的基因组与密切相关的Cycloclasticus自由生活物种进行了比较。在深水地平线石油灾难之后，这些在墨西哥湾大量涌现。他们很高兴地发现一些自由生活的Cycloclasticus也可以降解短链烷烃。

“这是令人惊讶的，因为直到现在才认为Cycloclasticus只能从PAHs生活，”Dubilier解释道。短链烷烃主要存在于石油泄漏的早期阶段，很快被自由生活的微生物消耗殆尽。然而，与共生的Cycloclasticus相比，他们的自由亲属仍然能够使用PAHs。“这使他们能够保持灵活性。当短链减少时，他们仍然可以降低相当强硬的多环芳烃，”迪比利尔说。

“Cycloclasticus显然是海洋石油降解的关键因素，”Rubin-Blum补充道。“这就是为什么我们现在计划更详细地比较共生和自由生活的Cycloclasticus的生理和代谢，以更多地了解它们如何促进海洋中碳氢化合物的降解。”