海洋深处的微生物可以在没有太阳的情况下制造氧气。这一发现可能是巨大的

海洋深处的微生物可以在没有太阳的情况下制造氧气。这一发现可能是巨大的

对于地球上的大部分生命来说,氧气是必不可少的,通常需要阳光来产生氧气。但令人兴奋的是,研究人员发现了一种常见的海洋微生物,它打破了所有规则。

科学家发现一种叫做 Nitrosopumilus  maritimus及其几个近亲,称为氨氧化古菌 (AOA),能够通过自身产生氧气,在黑暗、缺氧的环境中生存。他们使用以前从未见过的生物过程来做到这一点。

虽然之前已经确定这些微生物可以生活在氧气稀缺的环境中,但尚不清楚它们会到达那里 – 以及它们如何保持活力。这就是这项新研究背后的灵感。

“这些家伙在海洋中非常丰富,它们在氮循环中发挥着重要作用,”来自南丹麦大学的微生物学家 Beate Kraft 说。

“为此,它们需要氧气,所以长期以来一直是一个谜,为什么它们在没有氧气的水域中也非常丰富。我们想,它们只是在那里闲逛,没有任何功能吗?它们是某种幽灵细胞吗? ?”

从海洋中收集一桶海水,每五个细胞就会成为这些生物中的一个——这就是它们的普遍性。在这里,研究人员将微生物从它们的自然栖息地中移出,并将它们转移到实验室。

该团队想仔细研究当所有可用的氧气都消失并且没有阳光可以产生新的氧气时会发生什么。当N. maritimus从富氧水域移动到缺氧水域时,也会发生同样的情况。

他们的发现是出乎意料的:微生物产生自己的氧气来产生亚硝酸盐,副产品是氮气(二氮)。

南丹麦大学的地球生物学家唐·坎菲尔德说: “我们看到它们如何耗尽水中的所有氧气,然后令我们惊讶的是,几分钟内,氧气含量又开始增加。” “那非常令人兴奋。”

目前,研究人员还不确定微生物是如何完成这一把戏的,而且产生的氧气量似乎相对较小(刚好够它们自己的生存)——但它看起来确实与少数氧气不同-我们已经知道的没有阳光的过程。

新途径确实表明,N. maritimus的氧气产生与其气态氮的产生有关。在缺氧的环境中,微生物以某种方式将氨 (NH 3 ) 转化为亚硝酸盐 (NO 2 – )——它们用于代谢能量的过程。

反过来,这要求他们制造自己的氧气,团队检测到这些氧气的痕迹,以及氮气的副产品 (N 2 )。

这个过程从环境中去除了生物可利用的氮——这是氮循环中的一个新问题,它支撑着所有的生态系统。这一发现可能会产生“深远”的影响,这需要更多的调查。

“如果这种生活方式在海洋中广泛存在,它肯定会迫使我们重新思考我们目前对海洋氮循环的理解,”卡夫说。

“我的下一步是调查我们在实验室培养中在世界各地不同海洋地点的缺氧水域中看到的现象。”

该研究已发表在《科学》杂志上。

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