夏威夷近千年熔岩管道發現大量「微生物暗物質」 助研早期火星生物互動、多樣性

最新刊於 Frontiers in Microbiology 的研究指,在夏威夷島上類似火星條件的熔岩洞穴、熔岩管和地熱噴口具有比科學家預期更高的細菌多樣性,而這些棲息地代表了過去火星和早期地球上可能存在生命的方式,有助人類了解這些微生物生態系統內的多樣性和互動。

令人驚訝的是,結果顯示稱為綠彎菌門 (Chloroflexi) 的細菌通常在這些地方是重要組成物種,與許多其他物種有聯繫,並且通常在群落中發揮關鍵的生態作用。人們對許多綠彎菌門物種知之甚少,進一步的研究將可更了解這些物種在這些極端環境中所起的作用。

領導是次研究的美國太空總署 (NASA) 林登·約翰遜太空中心研究員 Rebecca D Prescott 指出,綠彎菌門是一個極其多樣性的細菌門,在許多不同的環境中有許多不同的作用,但一直未有得到很好的研究,所以人類不知道牠們在熔岩洞穴群落中有甚麼作用。她又指出:「一些科學家稱這些綠彎菌門生物為『微生物暗物質』——自然界中看不見或未被研究的微生物。」

為了了解細菌群落如何隨著時間的推移而發展,團隊從不同地點收集了 70 個樣本,包括活躍的地熱噴口、不同年代形成、有 400 至 800 年歷史的熔岩管和洞穴。通過對樣本中的核醣體 RNA (ribosomal RNA) 進行測序,團隊可測量每個樣本中的細菌類別多樣性和含量。由同時存在的細菌網絡也為這些微生物如何互動提供線索。

研究小組曾預計,最惡劣的地熱活躍位置可能比更成熟和更適合居住的舊熔岩管的生物多樣性低。雖然多樣性確實較低,但團隊驚訝地發現這些社區內的生物互動比多樣性更高的地方更為複雜。

Prescott 認為發現引申出一個問題:極端環境是否有助於創造有更多互動的微生物群落,讓微生物更加互相依賴?如果想法屬實,又是怎樣的極端環境有助於創造這種狀況?

由於綠彎菌門和酸桿菌門 (Acidobacteria) 的細菌幾乎存在於所有採樣地點,因此這些細菌均可能在其身處的社區中發揮重要作用。但這些都不是含量最豐富的細菌,來自不同地點的個體群落在微生物互動的多樣性和複雜性上表現出很大的差異。相反,含量最多的產氧光細菌 (Oxyphotobacteria) 和放線菌 (Actinomycetota) 通常不是重要組成物種,其作用可能對群落的整體結構不太重要。

總括而言,研究有助說明微生物共棲的重要性,在研究微生物時不應單獨培養分析,因為在大自然中微生物不會孤立地生長,並且會與其他生物互動,改變自己的基因表達,從而影響其在社區中的角色。

除了了解過去甚至未來火星上的生命之外,火山環境的細菌還有助於了解微生物如何將火山岩轉化為土壤,以及為生物修復、生物技術和可持續資源管理帶來研究新方向。

來源:

Frontiers, Microbial ‘dark matter’: Centuries-old lava caves of Hawaiʻi Island contain thousands of unknown bacterial species

報告:

Prescott, R.D., Zamkovaya, T., Donachie, S.P. & et al. (2022). Islands Within Islands: Bacterial Phylogenetic Structure and Consortia in Hawaiian Lava Caves and Fumaroles. Frontiers in Microbiology. doi: 10.3389/fmicb.2022.934708

文/AC

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