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尋找神秘的深淵微生物——海洋深淵區最龐大的生命群體探秘

2017-06-20 13:31:37  來源:新華社 【返回列表】

新華社“向陽紅09”船6月20日電題:尋找神秘的深淵微生物——海洋深淵區最龐大的生命群體探秘
新華社記者 劉詩平
深淵裏的一塊泥、一滴水,在普通人看來沒什么稀罕,但在海洋學家的眼裏卻是無價之寶。“蛟龍”號載人潛水器前些天深潛雅浦海溝帶回的深層水和海底泥,短短幾天,中國大洋38航次的科考隊員已經從中培養出了數萬個生命,它們是深海“居民”中最龐大的生命群體——微生物。
海洋學家告訴記者,對深淵區微生物的研究,不僅有助於揭示生命起源、演化和全球氣候變化等宏大命題,也有助於治療我們人類和一些經濟作物、養殖動物的疑難病症,在工農業、醫藥和環保領域有著廣闊的應用天地。然而,這些隱藏於海底、肉眼看不見的微生物,對高壓、幽暗、寒冷的海底是如何適應的?如何對其分離培養和研究利用?
(小標題)常溫培養上萬深海微生物菌落
“雅浦海溝的深層水和沉積物中可培養微生物的多樣性很豐富,尤其是沉積物(泥),採用不同的培養方式,已經獲得了30000多個微生物菌落,其中5000米以下水深的有20000多個。”國家海洋局第三海洋研究所助理研究員王玉光指著一些圓形平板盒上芝麻大小的微生物菌落說。
這些菌落呈現白色、乳白色、黃色和紅色,密密麻麻地分佈在從恒溫4攝氏度冰箱取出的這些圓形透明平板上。它們是溫鹽深儀(CTD)從5000-6000米深處、“蛟龍”號深潛雅浦海溝帶回的近底海水和沉積物中獲取的樣品。
王玉光說,在同一溫度培養下,平板上菌落大小不一,表明生長速度不同。這些分離獲得的微生物為雅浦海溝微生物遺傳特性及其環境適應性機制、共生微生物與宿主相互作用研究奠定了基礎。
對王玉光來說,海上實驗室裏的現場微生物培養,只是萬里長征走過的第一步。回到單位後需要繼續對已長成的菌落逐個分離鑒定,篩選培養,直至發現那些特殊功能的極端微生物,從中分離出有用的酶,應用於食品加工、醫療衛生……
(小標題)“土著”微生物的培養與發現
王玉光用於培養微生物的泥和海水樣品,保存在4攝氏度中,培養的溫度為室溫,因此生長較快。對國家海洋局第一海洋研究所研究員陳顥來說,他希望將其收集的泥和海水樣品在4攝氏度的溫度下培養,這樣對其微生物的活性物質研究更為有利,因而微生物被培養出來的時間,要漫長的多。
“兩周能看到菌落就不錯了,有的要一兩個月、甚至半年才能培養出來。不過,時間越長,培養出來的菌落對我們研究微生物的活性物質來說就越有價值,通過活性篩選來檢查或了解微生物的功能。”陳顥說。
深淵微生物生存環境的溫度一般在2攝氏度左右,“希望還原與其生存環境相適應的‘土著’微生物。”陳顥說,去年他在常溫下培養,發現培養出的很多微生物近海也有,這次放在低溫下培養或利用選擇性培養基培養,希望找到深淵環境下具有獨特生物化學特徵的微生物,從而尋找到具有特殊功能的酶、具有抗癌活性的先導藥物和新的抗生素。
“目前,獲得新的抗生素越來越難,我們希望通過深淵微生物,尋找到比較強的抗菌效果的抗生素。”陳顥說。
(小標題)培養深淵微生物“原住民”
對於研究深淵微生物對主要生源要素響應機制的吳謖琦來說,此次研究的重心,是考察雅浦海溝海水錶層到底層的垂直方向和海溝從北部到南部的水準方向,微生物與環境之間的相互作用。
去年,這位國家海洋局第一海洋研究所的研究員從雅浦海溝北部海底獲取的海水和沉積物樣品中,培育了7萬多個微生物。
“通過對‘蛟龍’號、溫鹽深儀和多管取樣器去年在雅浦海溝採集的樣品培養研究,發現了至少50種細菌。這次在回收去年布放的錨係中,安放了微生物原位培養裝置,獲取真正的海底原位微生物群落,以期更深入地研究微生物在雅浦海溝地球化學循環中所起的作用。”吳謖琦說。
此外,國家海洋局第三海洋研究所使用的保壓樣品高壓釜,也是深淵微生物採集保壓技術的具體應用,同樣是為了培養出真正的深淵微生物“原住民”。
(小標題)深淵微生物應用天地廣闊
“獲取深淵沉積物、近底海水,培養和分離深淵微生物,是科學研究的基礎,也是應用的基礎,不然一切都無從談起。”中國大洋38航次第三航段首席科學家陳新華說。
陳新華表示,對深淵特殊功能微生物、大型生物共生微生物的分離培養,從採得的樣品中分離培養深淵微生物充實微生物菌種庫,意義重大。採集高品質的微生物樣品,為研究深淵生物極端環境適應性及其對關鍵生源要素和海底化學環境的響應機制提供樣品,是這次科考的一個主要調查任務。
深海微生物資源的產業化開發利用潛力巨大,新型工業用酶、新型活性物質及高效環境保護製劑等深海生物技術產品,在工業、農業、醫藥和環境保護方面有著廣泛的應用前景。
吳謖琦說,他從去年雅浦海溝獲取的樣品中,已培養出包括硝化電導菌在內的一些特殊功能的菌株,有可能在生物能源方面存在較高的應用價值;已培養的亞硫酸桿菌、假交替單細胞菌、玫瑰桿菌,可用於石油化工方面,包括溢油的處理、環境修復及二次採油等。
深淵環境的特殊性,決定了深淵微生物的特殊性。深淵同時是無可替代的生物基因資源庫。一項研究認為,位於深海沉積物頂部的10釐米空間,據估算約含有4.5億噸脫氧核糖核酸(DNA),是保留在深海環境的地球上最大的基因儲庫。
“深淵微生物基因資源取樣困難,可培養微生物佔生物總量的比例極低。”陳新華說,但是,隨著深海裝備技術的進步、基因測序技術的提高與生物信息學的發展,深淵微生物基因資源的發掘速度正在加快。(完)