科學家在地球關鍵帶（深層土壤層）發(fā)現(xiàn)了一個新的微生物門CSP1-3，這些微生物有助于凈化地下水，可能是未來創(chuàng)新水凈化和環(huán)境解決方案的關鍵。當水流經(jīng)該區(qū)域時，這些微生物會分解殘留的污染物，從而改善水質。關鍵帶還在土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)和水調節(jié)等糧食生產和生態(tài)系統(tǒng)健康的關鍵過程中發(fā)揮著至關重要的作用。由于微生物對地球生命至關重要，了解這一新發(fā)現(xiàn)的微生物群落可以促進保護工作，并有助于應對氣候變化。

這幅圖展示了地球的關鍵帶，它從樹梢向下延伸至土壤深處，最深處達700英尺（約210米），并描繪了生活于此的微生物。該區(qū)域支持地球上大多數(shù)生命，因為它調節(jié)著土壤形成、水循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)等基本過程，這些過程對糧食生產、水質和生態(tài)系統(tǒng)健康至關重要。圖片來源：密歇根州立大學

列奧納多·達·芬奇曾經(jīng)說過：“我們對天體運動的了解比對腳下土壤的了解還要多。”

密歇根州立大學世界知名的微生物學專家詹姆斯·蒂耶（James Tiedje）贊同達·芬奇的觀點。但他希望通過對關鍵帶（地球動態(tài)“活表皮”的一部分）的研究來改變這一現(xiàn)狀。

“關鍵帶從樹梢向下延伸至土壤深處，最深處可達700英尺，”蒂杰說道。“這一區(qū)域支持著地球上大多數(shù)生命，因為它調節(jié)著土壤形成、水循環(huán)和養(yǎng)分循環(huán)等基本過程，這些過程對糧食生產、水質和生態(tài)系統(tǒng)健康至關重要。盡管深層關鍵帶至關重要，但它仍然是一個新領域，因為它是地球上一個相對未被探索的大部分區(qū)域。”

Tiedje是密歇根州立大學微生物學、遺傳學和免疫學系以及植物、土壤和微生物科學系的榮譽退休杰出教授，他在這個巨大的、尚未探索的微生物世界中發(fā)現(xiàn)了一個完全不同的門，或者說是主要類別，名為CSP1-3。這一新門在愛荷華州和中國70英尺深的土壤樣本中均有發(fā)現(xiàn)。為什么選擇愛荷華州和中國？Tiedje表示，由于這兩個地區(qū)的土壤都非常深且相似，我們想知道它們的出現(xiàn)是否更為普遍，而不是僅僅局限于一個地區(qū)。

Tiedje 的團隊從這些深層土壤中提取了DNA，發(fā)現(xiàn) CSP1-3 的祖先在數(shù)百萬年前就生活在水中——溫泉和淡水中。在其進化史上，它們至少經(jīng)歷了一次重大的棲息地轉變，最終定居于土壤環(huán)境中——首先是表層土壤，后來是深層土壤。

這張圖表展示了水生生物的進化史，以及CSP1-3門在各個棲息地的適應性特征。圖片來源：密歇根州立大學

蒂杰還發(fā)現(xiàn)這些微生物是活躍的。“大多數(shù)人會認為這些生物就像孢子一樣，或者處于休眠狀態(tài)，”他說。“但我們通過檢測它們的DNA得出的一個關鍵結論是，這些微生物是活躍的，并且正在緩慢生長。”

Tiedje 還驚訝地發(fā)現(xiàn)，這些微生物并不是群落中的稀有成員，而是占主導地位；在某些情況下，它們占群落的 50% 或更多，而表層土壤中從未出現(xiàn)過這種情況。

“我相信發(fā)生這種情況是因為深層土壤是一個非常不同的環(huán)境，并且這群生物經(jīng)過很長一段時間的進化才適應這種貧瘠的土壤環(huán)境，”Tiedje 補充道。

土壤是地球上最大的水過濾器。水流經(jīng)土壤時，會通過物理、化學和生物過程進行凈化。表層土壤，也就是大多數(shù)植物根系生長的地方，通常體積很小，雨水可以快速通過。但深層土壤的體積要大得多。CSP1-3 正是為此而生。它們以從表層土壤中沖刷下來的碳和氮為生，完成凈化過程。

“CSP1-3就像清道夫，負責清理穿過土壤表層的東西，”蒂杰說。“它們有自己的工作要做。”

蒂杰說，下一步是在實驗室中培養(yǎng)一些微生物，如果它們能夠生長，我們就能進一步了解它們獨特的生理機能，正是這些生理機能讓它們在深層土壤環(huán)境中如此成功。這并非易事。大多數(shù)微生物都無法培養(yǎng)，因為復制它們生存和生長的條件非常困難。

例如，由于 CSP1-3 的祖先生活在溫泉中，Tiedje 的實驗室正嘗試在高溫下培養(yǎng)它們，作為根據(jù)其基因組信息測試新生長條件的一個例子。

但如果有人能做到這一點，那一定是 Tiedje，因為他還發(fā)現(xiàn)了可以脫氯氯化物的微生物。

“CSP1-3 的生理學機制由其生物化學特性驅動，因此可能存在一些具有其他用途的有趣基因，”他說。“例如，我們尚不清楚它們代謝棘手污染物的能力，如果我們能夠了解這一點，就能幫助解決地球上最緊迫的問題之一。”

編譯自/ScitechDaily