深海中的微生物群

江澤珍/編譯

為了檢測海底氧氣動力，研究人員在馬里亞納海溝11千米深處放置了自動監(jiān)測裝置。數(shù)據(jù)表明，與水深6千米的深海平原相比，海溝底部的微生物更顯活躍

●在壓力是海平面1 000倍的馬里亞納海溝中，研究人員發(fā)現(xiàn)了大量的活躍細(xì)菌。一項(xiàng)新的研究表明，即使是在海底最深的地方，也能探測到一個活躍的微生物生態(tài)系統(tǒng)。或許海洋微生物在碳循環(huán)中起著重要的作用。

一項(xiàng)國際研究表明，在馬里亞納海溝——洋面以下11千米深處——微生物能夠輕易地代謝出有機(jī)物質(zhì)，盡管是在1 000倍的壓力下，這些有機(jī)物質(zhì)仍能存活。這項(xiàng)研究發(fā)表在不久前出版的《自然地質(zhì)》上，論證了微生物群已經(jīng)適應(yīng)了極端的壓力，并且能夠存活、繁殖。

這項(xiàng)研究的發(fā)起人、南丹麥大學(xué)的水生生物地質(zhì)學(xué)家尤尼·格拉德（Ronnie Glud）解釋道：“如果有機(jī)物質(zhì)沒有被微生物分解而沉到海底，它們最終會成為化石燃料；而微生物就是通過降解這種有機(jī)物質(zhì)，釋放出二氧化碳，使得海洋的碳得以循環(huán)?！钡胁磺宄氖俏魈窖篑R里亞納海溝這樣極度深的地方，有機(jī)體顆粒的分解速度是多少。

格拉德說：“我們猜測海溝對于有機(jī)物質(zhì)來說是不是一個陷阱，或許那里因?yàn)槿怯袡C(jī)物質(zhì)而充斥著碳?！边@就引出了一個新問題：是否有足夠的細(xì)菌來轉(zhuǎn)化這些碳。要回答這個問題是有困難的，因?yàn)槿〕鲞@些沉淀物必定會經(jīng)歷溫度升高和減壓兩個階段，這對已經(jīng)適應(yīng)那些極端條件的有機(jī)物質(zhì)來說，是致命的！

為了克服這個困難，格拉德和他的日本、德國同事研制出了一個放置在海底研究有機(jī)物質(zhì)的儀器：由于碳轉(zhuǎn)化多少與氧氣攝取的量密切相關(guān)，因此他們稱該儀器為“深海著陸器”，內(nèi)置有極其敏感的氧氣感應(yīng)器，以提取沉淀物中極小的氧濃度。

研究人員將“深海著陸器”放置在馬里亞納海溝最深的探測點(diǎn)——著名的 “挑戰(zhàn)者深淵”——并將收集到的數(shù)據(jù)與35英里以外的一個6千米深的淺探測點(diǎn)作對比。他們發(fā)現(xiàn)，在“挑戰(zhàn)者深淵”的微生物的氧攝取量是淺探測點(diǎn)的兩倍，證明了生活在那里的微生物已經(jīng)適應(yīng)了極端的壓力。

研究人員還對沉淀物進(jìn)行了采樣，并對其中有機(jī)物質(zhì)里的葉綠素、脫鎂葉綠素和光合色素進(jìn)行了測量。測量結(jié)果表明在馬里亞納海溝中，葉綠素是淺探測點(diǎn)的4倍，脫鎂葉綠素是淺探測點(diǎn)的兩倍，意味著“挑戰(zhàn)者深淵”的有機(jī)物質(zhì)更活躍。除此以外，研究人員在沉淀物中還發(fā)現(xiàn)了濃度較高的鉛同位素具有使物質(zhì)沉淀的功能，表明了海溝對于微生物來說是個“陷阱”，能吸引更多的有機(jī)物質(zhì)降于海底。

雖然深海海溝只占約2%的洋底，但是來自阿伯丁大學(xué)的地質(zhì)科學(xué)家丹尼爾·梅厄（Daniel Mayor）在給《科學(xué)家》雜志中的郵件寫道：目前的研究表明，往往是這種小地域范圍揭示出全球的元素周期活動。他還指出“挑戰(zhàn)者深淵”的溫度是-2.5℃，而淺探測點(diǎn)是1.6℃，這一條件也有益于微生物的活動。

然而在馬里亞納海溝中哪一種微生物繁衍最快？“如果能知道就更好了！”特拉華大學(xué)的海洋微生物學(xué)家珍妮弗·比德爾（Jennifer Biddle）說道。而格拉德想通過對比其他海溝數(shù)據(jù)，得出是什么使得深海微生物如此特殊。