近日，中國(guó)科學(xué)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(xué)，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(guān)成果。

國(guó)際海底管理局正在積極推動(dòng)區(qū)域環(huán)境管理計(jì)劃，首個(gè)環(huán)境管理計(jì)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(hù)太平洋深海結(jié)核采礦目標(biāo)區(qū)的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能。

全球海底蘊(yùn)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(guó)際社會(huì)高度關(guān)注的話(huà)題。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，許多國(guó)家和地區(qū)的大量科學(xué)組織和團(tuán)隊(duì)，針對(duì)深海采礦可能引起的環(huán)境破壞問(wèn)題開(kāi)展了系列影響調(diào)查和實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)底棲生物尤其是大型底棲生物的影響和恢復(fù)進(jìn)行了大量監(jiān)測(cè)和評(píng)估。然而，對(duì)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(yíng)養(yǎng)、高壓和低溫等極端環(huán)境條件的挑戰(zhàn)，對(duì)其在金屬結(jié)核礦床環(huán)境適應(yīng)機(jī)制及其多樣性和代謝能力卻了解甚少。

研究人員通過(guò)對(duì)錳結(jié)核沉積物樣品深度宏基因組測(cè)序，重建了179個(gè)高質(zhì)量基因組，并將其歸類(lèi)為21個(gè)細(xì)菌門(mén)和1個(gè)古菌門(mén)。通過(guò)對(duì)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(jìn)化出了對(duì)重金屬的抗性機(jī)制，主要包括通過(guò)酶催化的金屬氧化還原（錳、鉻和汞）、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的金屬運(yùn)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(fù)中具有重要潛在應(yīng)用價(jià)值。

在這種寡營(yíng)養(yǎng)的能量有限系統(tǒng)中，微生物主要通過(guò)對(duì)金屬（主要是錳）和硫化合物的氧化來(lái)獲取能量。在此過(guò)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(guò)對(duì)優(yōu)勢(shì)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(guān)的功能基因，而分解碳水化合物的相關(guān)基因比例很低。這表明，通過(guò)氧化還原反應(yīng)利用無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物（而不是有機(jī)營(yíng)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(yīng)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(guó)際海底管理局的區(qū)域環(huán)境管理計(jì)劃和國(guó)家多金屬結(jié)核資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境修復(fù)提供重要的科學(xué)支撐。

相關(guān)鏈接：砷，銅，鉛，錳，鉻，汞，碳水，北納生物

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