科學(xué)家在地球關(guān)鍵帶（深層土壤層）發(fā)現(xiàn)了一個(gè)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(guān)鍵。當(dāng)水流經(jīng)該區(qū)域時(shí)，這些微生物會(huì)分解殘留的污染物，從而改善水質(zhì)。關(guān)鍵帶還在土壤形成、養(yǎng)分循環(huán)和水調(diào)節(jié)等糧食生產(chǎn)和生態(tài)系統(tǒng)健康的關(guān)鍵過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。由于微生物對(duì)地球生命至關(guān)重要，了解這一新發(fā)現(xiàn)的微生物群落可以促進(jìn)保護(hù)工作，并有助于應(yīng)對(duì)氣候變化。
這幅圖展示了地球的關(guān)鍵帶，它從樹梢向下延伸至土壤深處，最深處達(dá)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?yàn)樗{(diào)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(duì)糧食生產(chǎn)、水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要。圖片來源：密歇根州立大學(xué)
列奧納多·達(dá)·芬奇曾經(jīng)說過：“我們對(duì)天體運(yùn)動(dòng)的了解比對(duì)腳下土壤的了解還要多?！?/p>
密歇根州立大學(xué)世界知名的微生物學(xué)專家詹姆斯·蒂耶（James Tiedje）贊同達(dá)·芬奇的觀點(diǎn)。但他希望通過對(duì)關(guān)鍵帶（地球動(dòng)態(tài)“活表皮”的一部分）的研究來改變這一現(xiàn)狀。
“關(guān)鍵帶從樹梢向下延伸至土壤深處，最深處可達(dá)700英尺，”蒂杰說道?！斑@一區(qū)域支持著地球上大多數(shù)生命，因?yàn)樗{(diào)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(duì)糧食生產(chǎn)、水質(zhì)和生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要。盡管深層關(guān)鍵帶至關(guān)重要，但它仍然是一個(gè)新領(lǐng)域，因?yàn)樗堑厍蛏弦粋€(gè)相對(duì)未被探索的大部分區(qū)域。”
Tiedje是密歇根州立大學(xué)微生物學(xué)、遺傳學(xué)和免疫學(xué)系以及植物、土壤和微生物科學(xué)系的榮譽(yù)退休杰出教授，他在這個(gè)巨大的、尚未探索的微生物世界中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)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(guó)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(guó)？Tiedje表示，由于這兩個(gè)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(gè)地區(qū)。
Tiedje 的團(tuán)隊(duì)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(jìn)化史上，它們至少經(jīng)歷了一次重大的棲息地轉(zhuǎn)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(jìn)化史，以及CSP1-3門在各個(gè)棲息地的適應(yīng)性特征。圖片來源：密歇根州立大學(xué)
蒂杰還發(fā)現(xiàn)這些微生物是活躍的?！按蠖鄶?shù)人會(huì)認(rèn)為這些生物就像孢子一樣，或者處于休眠狀態(tài)，”他說?！暗覀兺ㄟ^檢測(cè)它們的DNA得出的一個(gè)關(guān)鍵結(jié)論是，這些微生物是活躍的，并且正在緩慢生長(zhǎng)?！?/p>
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(dǎo)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?yàn)樯顚油寥朗且粋€(gè)非常不同的環(huán)境，并且這群生物經(jīng)過很長(zhǎng)一段時(shí)間的進(jìn)化才適應(yīng)這種貧瘠的土壤環(huán)境，”Tiedje 補(bǔ)充道。
土壤是地球上最大的水過濾器。水流經(jīng)土壤時(shí)，會(huì)通過物理、化學(xué)和生物過程進(jìn)行凈化。表層土壤，也就是大多數(shù)植物根系生長(zhǎng)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(fù)責(zé)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(shí)驗(yàn)室中培養(yǎng)一些微生物，如果它們能夠生長(zhǎng)，我們就能進(jìn)一步了解它們獨(dú)特的生理機(jī)能，正是這些生理機(jī)能讓它們?cè)谏顚油寥拉h(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?yàn)閺?fù)制它們生存和生長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)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(cè)試新生長(zhǎng)條件的一個(gè)例子。
但如果有人能做到這一點(diǎn)，那一定是 Tiedje，因?yàn)樗€發(fā)現(xiàn)了可以脫氯氯化物的微生物。
“CSP1-3 的生理學(xué)機(jī)制由其生物化學(xué)特性驅(qū)動(dòng)，因此可能存在一些具有其他用途的有趣基因，”他說?！袄?，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(diǎn)，就能幫助解決地球上最緊迫的問題之一。”
編譯自/ScitechDaily
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