近日，中國科學院海洋研究所聯(lián)合自然資源部第二海洋研究所和華中農(nóng)業(yè)大學，系統(tǒng)研究了該區(qū)域的錳結(jié)核沉積物微生物代謝能力，并在線發(fā)表了相關成果。

國際海底管理局正在積極推動區(qū)域環(huán)境管理計劃，首個環(huán)境管理計劃區(qū)域是東太平洋克拉里昂－克利珀頓斷裂帶區(qū)域，以保護太平洋深海結(jié)核采礦目標區(qū)的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能。

全球海底蘊藏著豐富的多金屬結(jié)核資源，深海采礦的環(huán)境影響一直是國際社會高度關注的話題。近半個世紀以來，許多國家和地區(qū)的大量科學組織和團隊，針對深海采礦可能引起的環(huán)境破壞問題開展了系列影響調(diào)查和實驗研究，對底棲生物尤其是大型底棲生物的影響和恢復進行了大量監(jiān)測和評估。然而，對于棲息在金屬結(jié)核沉積物環(huán)境中的微生物，面臨著重金屬、寡營養(yǎng)、高壓和低溫等極端環(huán)境條件的挑戰(zhàn)，對其在金屬結(jié)核礦床環(huán)境適應機制及其多樣性和代謝能力卻了解甚少。

研究人員通過對錳結(jié)核沉積物樣品深度宏基因組測序，重建了179個高質(zhì)量基因組，并將其歸類為21個細菌門和1個古菌門。通過對這些基因組功能基因的解析，首次提出了不同微生物在金屬、碳、氮和硫循環(huán)中的作用證據(jù)。

研究結(jié)果顯示，在這些富含重金屬的沉積環(huán)境中，微生物已經(jīng)進化出了對重金屬的抗性機制，主要包括通過酶催化的金屬氧化還原（錳、鉻和汞）、膜轉(zhuǎn)運蛋白介導的金屬運輸（鉛），以及上述兩者的協(xié)同作用（砷和銅）。研究發(fā)現(xiàn)了大量金屬氧化還原酶基因，這些基因資源在重金屬的生物修復中具有重要潛在應用價值。

在這種寡營養(yǎng)的能量有限系統(tǒng)中，微生物主要通過對金屬（主要是錳）和硫化合物的氧化來獲取能量。在此過程中，大部分硝酸鹽被還原為一氧化氮，排入海水中。研究人員通過對優(yōu)勢微生物的分析，發(fā)現(xiàn)它們擁有更高比例的與金屬、氮和硫代謝相關的功能基因，而分解碳水化合物的相關基因比例很低。這表明，通過氧化還原反應利用無機營養(yǎng)物（而不是有機營養(yǎng)物代謝）獲取能量是微生物在錳結(jié)核沉積物中維持生存的主要適應策略。基于上述研究，研究人員提出了錳結(jié)核區(qū)沉積物中微生物生態(tài)的模型。

該研究結(jié)果可為國際海底管理局的區(qū)域環(huán)境管理計劃和國家多金屬結(jié)核資源開發(fā)與環(huán)境修復提供重要的科學支撐。

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