深海热液活动区的微生物作用

学术动态#∆ΕςΕΛΟΠΜΕΝΤ深海热液活动区的微生物作用3ΜΙΧΡΟΒΙΑΛΠΡΟΧΕΣΣΕΣΑΤ∆ΕΕΠΣΕΑΗΨ∆ΡΟΤΗΕΡΜΑΛςΕΝΤΣ肖天陈马马�中国科学院海洋研究所青岛�������Ξ深海�约�����深�热液活动区的微生物作用是非常重要的�在此区域发现许多动物食物链的基础是由微生物作用提供�如氧化硫细菌∀它的化学作用是以氧化无机化合物为能源�被认为是深海热液活动区))非学合区的初级生产力∀同时深海热液活动区的微生物作用可能揭示生命起源的奥秘∀因此自��世纪��年代在深海发现热液活动后不久��������⁄�������年������������•�等����年就注意到了在此区域的微生物�并通过各种方法观察研究∀其中包括����用落射式荧光显微镜和核苷酸测定法证实在热液活动区有相当数量的细菌存在∀���在热液活动区的沉积物上发现多层细菌菌苔�如含锰铁矿的沉积物常被菌苔包围∀还有些象亮发菌属和发硫菌属菌丝状的聚集物�及已退色的蓝细菌细胞个体∀���通过用人工玻片沉积法还发现有贝日阿托氏菌属菌丝和聚集现象∀���厌氧的嗜热甲烷细菌也在热液活动区分离获得∀���在热液活动区生存的一些动物体内如两瓣类生物的腮腺中发现有大量的细菌存在∀经测试这些细菌的硫代射酶和卡尔文循环酶活性较高∀���在有些无消化道的蠕虫营养组织中发现有提供�×°和≤��还原活动的原核细胞被认为是细菌共生物∀通过以上的研究观察������������•�等����年认为�深海热液活动区内微生物的化学作用形成生产力在以下三个方面最活跃����在高温度的热液喷口处∀���在热液喷口处周围的细菌菌苔中∀���在与无脊椎动物共生体中�其中最佳化学作用形成生产力的方式是在共生体中∀它们的结合可以最有效地将细菌化学合成的有机碳转化到动物体上∀研究发现�深海热液喷口周围的细菌密度高�是因为热液活动区的物理化学因子为许多细菌提供了合适的繁殖条件∀另外在深海热液活动区没有光照�食物链中原由光合作用提供的初级生产力被化学作用提供的初级生产力代替∀这些初级生产力就是细菌化学作用产生的有机碳∀换句话说�通常被植物利用的太阳能�在这里被地质能代替了�这些地质能是细菌氧化热液中还原态的化学物质释放出来的∀这种能量将为≤��转化成有机碳的化学合成所利用∀这个过程效率很高�热液活动区内巨大的生产力和极大的生物量就是有利的证明∀这也是热液活动区生命存在最重要的微生物转化作用∀以下的实验研究更具体地说明深海热液活动区的微生物作用过程和意义∀�深海调查和现场取样显微镜观察美国的��∂��号深潜调查船�就是最早投入到深海热液活动区调查研究的考察船�随后比较有影响是日本的/深潜����0号和最近投入使用的日本的/深潜����0号∀ƒ��������≥���等����年认为/深潜����0号调查船将把深海热液活动区的微生物研究带入一个更新!更有意义的领域∀但最早在该区域进行调查研究的��∂��号却使科学家们对深海热液活动区的微生物直接观察!直接取样成为现实�是深海热液活动区微生物研究的开端∀早期观察认为�从热液喷口喷射出带白色的水中极有可能存在着化学作用���≥的化学氧化和生物氧化可能在这些水中发生∀因为在各种自然环境中靠近��≥���界面处�白色沉淀和彩红颗粒悬浮液通常是硫元素形成的标志�并认为此处的硫化物通常是硫酸盐还原细菌厌氧生活作用的结果∀通过研究发现还原态的硫化物与自由氧接触就为众多的氧化硫细菌提供了能源和必要的电子传递∀利用由这种间接生物氧化释放出的能量可还原≤��为有机碳∀此过程就是化学合成∀并认为在深海海底还原硫化物的氧化以细菌氧化为主�而自发的化学氧化大大低于细菌的氧化作用∀������年第�期Ξ本研究课题得到海底热液活动青年实验室资助�中国科学院海洋研究所调查研究报告����号∀收稿日期�����2��2��在深海热液喷口处取水样用���Λ��∏�������������过滤�用扫描电镜观察�发现有许多微生物细胞�就其数量之多可以证明微生物在此区域繁殖生长∀用落射式荧光显微镜对此区域的水样进行细菌计数�发现水中的细菌数量可达���∗���细胞���∀而且水的��≥浓度也达��∗���������∀用�×°测定法同样测得此结果∀同时还发现深海热液喷口海水的�×°量是表层海水中�×°量的�∗�倍∀这些足以证明深海热液活动区是一些细菌的生长繁殖地∀利用深潜调查船科学家们发现在热液喷口周围的温水区浑浊的水中有大量的贻贝生长∀并发现它们更多是靠滤食生存�而浊水中的细菌就是它们最好的食物∀另外还发现两种无脊椎动物蛤和蠕虫是依靠与化学合成细菌的共生关系生存的∀因此认为�生长在热液活动区海底表层的细菌只是化学作用全部生产力的一部分∀而且这些生产力大部分被海水稀释�虽然它们还可被一些滤食性的