與電影中呈現(xiàn)的光怪陸離的海洋世界不同，水深200米以下的深海終年黑暗，陽(yáng)光完全不能透過(guò)。不過(guò)，即使沒(méi)有光合作用，深海仍是地球上大部分碳循環(huán)活動(dòng)的發(fā)生地。至于微生物如何推動(dòng)二氧化碳、蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂類等碳化合物的轉(zhuǎn)化，目前還不大清楚。

在上周五發(fā)表于《Science》雜志的一項(xiàng)研究中，美國(guó)比格羅海洋學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員利用單細(xì)胞基因組學(xué)和基于群落的多組學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)鍵的細(xì)菌，它們負(fù)責(zé)了深海地區(qū)二氧化碳的轉(zhuǎn)化和固定。

研究人員從全球40個(gè)地點(diǎn)采集海水樣本，分析中層帶（水下200-1000米）的微生物群落組成。利用單細(xì)胞測(cè)序和群落宏基因組測(cè)序，他們研究了近3,500種細(xì)菌和古細(xì)菌的基因組。結(jié)果表明，負(fù)責(zé)碳捕獲的微生物主要屬于一個(gè)稱為Nitrospinae的門。

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宏蛋白質(zhì)組學(xué)和宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明，Nitrospinae的成員表達(dá)亞硝酸鹽氧化還原酶，讓生物體能夠從亞硝酸鹽化合物中獲得能量。碳水化合物運(yùn)輸基因的缺乏則表明它們屬于化能自養(yǎng)型，其中碳主要來(lái)源于無(wú)機(jī)物，即二氧化碳。之后，研究人員通過(guò)放射自顯影實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這些基因組方面的推斷。

研究人員認(rèn)為，Nitrospinae門的細(xì)菌負(fù)責(zé)了北大西洋中大約15-45%的無(wú)機(jī)碳固定。這些結(jié)果讓他們感到驚訝，因?yàn)樵谏詈５奈⑸锶郝渲?，亞硝酸鹽氧化細(xì)菌所占比例不足5%。盡管豐度比較低，但這些細(xì)菌每年在中層帶捕獲的二氧化碳超過(guò)11億噸。如此看來(lái)，亞硝酸鹽氧化過(guò)程對(duì)碳循環(huán)的影響比人們預(yù)想的更大。

這項(xiàng)研究的第一作者Maria Pachiadaki表示：“我們以前就知道這些細(xì)菌存在，并參與了全球的碳循環(huán)，但它們的作用比科學(xué)家想象的要大得多。如果沒(méi)有基因組數(shù)據(jù)，我們可能永遠(yuǎn)不會(huì)考慮這些細(xì)菌對(duì)碳循環(huán)的影響。”（生物通 薄荷）

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原文檢索：

Major role of nitrite-oxidizing bacteria in dark ocean carbon fixation

Science  24 Nov 2017:

Vol. 358, Issue 6366, pp. 1046-1051

DOI: 10.1126/science.aan8260

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