潘多拉的盒子？夏威夷熔岩洞穴中发现数千种未知细菌

熔岩洞、熔岩管和地热喷口中发现了比科学家预期更高的细菌多样性。今天(2022年7月21日)发表在《Frontiers in Microbiology》杂志上的一项新研究报道了这些发现。

这项研究调查了这些微生物生态系统中的多样性和相互作用，说明了过去火星和早期地球上可能存在的生命。令人惊讶的是，研究结果显示，一种被称为Chloroflexi的细菌通常是“中心”物种，这意味着它们与许多其他物种相连，通常在群落中发挥关键的生态作用。人们对氯氟莱西的许多物种知之甚少，进一步的研究将揭示以前未发现的物种，并深入了解这些物种在这些极端环境中发挥的作用。

第一作者Rebecca D prescott博士说:“这项研究指出了一种可能性，即更古老的细菌谱系，如Chloroflexi门，可能具有重要的生态‘工作’或角色。Chloroflexi是一种极其多样化的细菌，在许多不同的环境中发现了许多不同的角色，但它们没有得到很好的研究，所以我们不知道它们在这些群落中做什么。一些科学家称这样的群体为‘微生物暗物质’——自然界中不可见或未被研究的微生物。”

他们从不同的地点收集了70个样本，包括活跃的地热喷口(火山喷口)，以及“较年轻”和“较老”的熔岩管和洞穴，它们分别在400年以下和500到800年之间，以了解细菌群落如何随着时间的推移而变化。他们能够通过测序样本中存在的核糖体RNA来确定每个样本中细菌种类的多样性和丰度。共存的细菌网络也为这些微生物之间可能的相互作用提供了线索。

最恶劣的条件——地热场所——比更成熟、更适合居住的熔岩管的多样性要低。虽然多样性确实较低，但研究团队惊讶地发现，这些群落内部的互动比多样性较高的地区更复杂。

“这就引出了一个问题，极端环境是否有助于创造更多互动的微生物群落，微生物更依赖于彼此?”prescott说。“如果是这样，极端环境是如何促成这种情况的呢?”

由于Chloroflexi和另一类酸杆菌几乎存在于所有的位置，它们可能在这些群落中发挥重要作用。然而，这些并不是最丰富的细菌，来自不同地点的个体群落在微生物相互作用的多样性和复杂性方面表现出很大的差异。与直觉相反，最丰富的类群，氧化细菌和放线菌，通常不是“中心”物种，这表明它们的作用可能对群落的整体结构不那么重要。

由于目前的研究是基于一个基因的部分测序，它不能准确地确定微生物的种类或它们在社区中的“工作”。因此，需要进一步的研究来帮助揭示存在的单个物种，以及更好地理解这些细菌在环境中的作用。

夏威夷洞穴系统的钟乳石形成，由铜矿物和白色微生物菌落组成。尽管铜对许多生物都是有毒的，但这种地层是微生物群落的宿主。

prescott说:“总的来说，这项研究有助于说明在共培养中研究微生物是多么重要，而不是单独培养它们(作为分离物)。在自然界中，微生物不会孤立生长。相反，它们在来自其他微生物的化学信号的海洋中生长、生活，并与许多其他微生物互动。这就会改变他们的基因表达，影响他们在社区的工作。”

除了了解火星上过去甚至未来的生命，来自火山环境的细菌也有助于了解微生物如何将火山岩(玄武岩)转化为土壤，以及生物修复、生物技术和可持续资源管理。

参考文献：“Islands Within Islands: Bacterial phylogenetic Structure and Consortia in Hawaiian Lava Caves and Fumaroles” by Rebecca D. prescott, Tatyana Zamkovaya, Stuart p. Donachie, Diana E. Northup, Joseph J. Medley, Natalia Monsalve, Jimmy H. Saw, Alan W. Decho, patrick S. G. Chain and penelope J. Boston, 21 July 2022, Frontiers in Microbiology.
DOI: 10.3389/fmicb.2022.934708