美科學家發現墨西哥水下網絡「核心」微生物

【2023年11月17日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)墨西哥尤卡坦半島地區存在相通且複雜的水下洞穴網絡,裡面存在許多古老的細菌群落。美國一所大學找到了水中的「核心」微生物,並繪製出迄今為止最大的水下微生物群落地圖。這對未來研究地球上的含水層生物提供了一個方法和基礎。

墨西哥尤卡坦半島(猶加敦,Yucatán)東部靠近海邊(墨西哥灣),該地區存在無數的天坑(天然井),地下存在超過1,500公里的複雜水網絡和無數洞穴,洞穴裡面有廣闊的碳酸鹽含水層,水層裡擁有數不盡的微生物,而地下水是整個地區唯一的飲用水源。

尤卡坦含水層有墨西哥灣的海水流進,但該含水層的微生物群與附近海域的微生物群有很大差異,而整個洞穴系統中的微生物群也各不相同,包括洞穴到洞穴之間,淺水到深水之間,都存在一定程度上的差異。

另外,該系統還存在各式各樣的區域,包含沒有陽光的深坑或洞穴,以及能照射到陽光的淺坑等,且水下網絡擁有淡水、海水和兩者混合等多樣化區域,而這些洞穴深度大多在5至100公尺之間。

美國西北大學(Northwestern University)地球與行星科學教授、該研究的合著者帕特里夏‧貝多斯(Patricia Beddows)因擁有數十年洞穴探險經驗,領導該大學的研究人員進行潛水探險和採集洞內的生物樣本,希望藉此了解整個地下水網絡中的生態狀況,並尋找整個生態的「核心」。

該團隊從墨西哥金塔納羅奧州加勒比海岸附近的12個洞穴裡進行採集,共採集到78個水樣本。這些樣本的採集範圍,從北端的「水神」(Xunaan Ha)系統到「白洞」(Sac Actun)系統之間,擁有內陸和沿海部分(包括一個60公尺的獨特深坑),再到南端的「三條水路」(Ox Bel Ha)系統(註:這些系統的名字為尤卡坦的瑪雅土著語言)。

研究人員按照不同的地點去分類每個微生物群落的環境背景,這包括洞穴類型(坑或管道)、洞穴系統、與加勒比海岸的距離、化學成分和在水體的位置。同時,他們從每個樣本中過濾出細胞並分析其化學成分,並通過DNA定序來識別微生物群落。

之後他們再使用校友馬修‧塞倫斯基(Matthew Selensky)開發的新計算程式,對收集到的資料進行數據分析,同時把發現的物種和細菌進行歸類。

分析過程中他們發現,尤卡坦東部碳酸鹽含水層的微生物,以叢毛單胞菌類(Comamonadaceae)為主,且它們生活在多個生態位中。因為他們在一個能照射到陽光的60公尺獨特深坑中觀察到不同的生態層,且每個生態層都存在眾多的微生物群落。

叢毛單胞菌類是一種代謝高度靈活的伽瑪變形菌家族,常見於水生環境中,能進行鐵還原、氫氧化和反硝化等反應。

另外他們發現,在任何水中環境中都能發現叢毛單胞菌類微生物的蹤影,即使沒有陽光或鮮少有機物的水域中也一樣。因此,科學家認為,地下水之間是存在共享且存在「核心(關鍵)」生物群的。

他們對於這項發現進行分析,並模擬微生物群落內複雜的相互作用,同時揭示了類群之間的生態相關性。

最後他們得出的結論是,墨西哥尤卡坦半島的水下洞穴網絡中叢毛單胞菌類,是作為整個水下生物群落中的「核心」。因為它們可以根據環境和位置的不同,調節不同的生物化學狀況,並在地下水系統的不同環境中,充當具有潛力的代謝儲存庫。

領導這項研究的西北大學教授馬格達萊納‧奧斯本(Magdalena R. Osburn)對該校的新聞社表示,「墨西哥尤卡坦半島下方,本質上就像是一塊瑞士起司,起司的空洞是由洞穴管道組成。當我們縱觀整個系統時,能觀察到哪些微生物是在一起發現,哪些在鄰內環境發現的。」

他接著說,「這是一次最廣泛的微生物調查,而這些微生物樣本是極其特殊和難以獲得的。另外,我們發現微生物的角色似乎在變動,因為看到這些微生物群落形成了獨特的生態位,但我們查看整個數據集後,才發現核心生物體(叢毛單胞菌類),似乎在每個生態系統中發揮著關鍵作用。」

奧斯本接著表示,「目前叢毛藻科微生物看起來在不同的含水層中,發揮不同的作用。因為叢毛藻科會根據不同的地區,與不同的夥伴進行合作,而它們及其夥伴可能存在某種共生關係,會互惠代謝和共享食物。」

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