科学家发现贻贝和海绵在石油上茁壮成长

时间:2018-05-15

遥控车MARUM-Quest的机器人手臂显示在3000米水深处的活性气体排放点收集含有松藻的贻贝和富含石油的沥青。

em马克斯普朗克海洋微生物学研究所的科学家发现了与细菌共生的深海动物,这些细菌利用石油作为能源,似乎在石油中的短链烷烃中蓬勃发展。 / em

在墨西哥湾的柏油火山喷出石油,天然气和焦油,贻贝和海绵与细菌共生,为它们提供食物。马克斯普朗克海洋微生物研究所的科学家和美国同事现在已经发现了与细菌共生的深海动物,这些细菌使用石油作为能源,并且似乎在石油中的短链烷烃中蓬勃发展。据研究人员介绍,与共生体密切相关的细菌在深水地平线溢油事故期间盛开,利用这种能力降解海洋中的石油。

道路铺设时发出恶臭和热量,黑色的焦油团聚在海滩上,紧贴着你的脚 - 沥青并不适合居家般的栖息地。然而,它却构成了贻贝,螃蟹,蠕虫,海绵和许多其他动物繁荣生态系统的基础。

在墨西哥湾深处,石油和焦油从海底渗入,形成令人联想到冷却的熔岩 - 所谓的沥青火山的奇怪结构。来自不来梅,德国和美国的研究人员在近15年前发现了这些火山。这些充满异国情调的环境在商店中仍然有许多惊喜,比如现在在由来自德国不来梅的马克斯普朗克海洋微生物学研究所的Maxim Rubin-Blum和Nicole Dubilier领导的国际研究小组在Nature Microbiology上发表的一项研究中显示的。

共生菌使用新能源和碳源

坎佩切在墨西哥湾水深约3,000米的Knolls沥青火山是繁荣的生物群落的所在地。但是这些生物从何而来?

“他们不能吃沥青或石油,其他食物来源在深海是罕见的,”Rubin-Blum解释说。 “但是,一些动物已经与细菌建立了共生关系,其中一些共生菌可以从石油中提取能量以及碳。”海洋研究人员早已知道这种细菌在其他含油丰富的环境中 - 但它们是自由 - 活的微生物不共生。

破坏环破坏者

共生的彩色显示:在Bathymodiolus贻贝(细胞核蓝色)的鳃中的细胞内,Cycloclasticus(绿色)位于较大的甲烷氧化细菌(红色)旁边。

这些石油降解细菌属于Cycloclasticus属。他们的名字意味着“破环者”,并描述了他们通过在油中打破难以破裂的环状结构来降解石油的能力。这些芳香族化合物(称为多环芳香族碳氢化合物或多环芳烃)对大多数生物体都是高毒性的,降解它们是一个耗费大量能源的艰难过程。

不来梅研究人员在沥青火山口中发现的共生Cycloclasticus不再为降解PAHs而烦恼。他们通过专门研究石油的易降解化合物 - 丁烷,乙烷和丙烷等天然气,称为短链烷烃,使自己的生活更轻松。 “这些微生物不再降解多环芳烃,”Rubin-Blum解释说,“因为他们已经失去了他们需要做的这些基因。”这是第一个发现了Cycloclasticus细菌,它不能再降解多环芳烃,而是获得了所有的能量和碳来自短链烷烃。

由于短链烷烃很容易使用,许多微生物竞争它们。这些共生细菌如何依赖这种激烈竞争的化合物,为什么他们放弃了在PAH上生存的能力?

“我们认为,他们只能承受这种'奢侈品',因为它们与贻贝和海绵共生,”不来梅马克斯普朗克研究所的Nicole Dubilier解释说。 “这些主机通过持续过滤周围的海水,为共生的Cycloclasticus提供持续的短链烷烃供应。通过生活在动物体内,这些共生体得到很好的照顾,不必与自由生活的细菌竞争。“

“这是第一次基于短链烷烃的共生关系被描述,”Rubin-Blum补充道。因此这项研究扩展了可以为化学合成共生物提供动力的已知物质的范围。

自由生活的亲戚:商业之前的乐趣
Rubin-Blum,Dubilier及其同事比较了共生细菌的基因组与密切相关的自然生存物种Cycloclasticus。在深水地平线油灾后,这些在墨西哥湾大量涌现。他们很高兴地发现,一些自由生活的Cycloclasticus也可以降解短链烷烃。

“令人惊讶的是,到目前为止,人们认为Cycloclasticus只能从PAHs生存,”Dubilier解释说。短链烷烃主要存在于漏油的早期阶段,很快被自由活动的微生物消耗掉。然而,与共生的Cycloclasticus相反,他们的自由生活亲属仍然能够使用PAHs。 “这可以让他们保持灵活性。当短链完全消失后,它们仍然可以降解相当强硬的多环芳烃,“Dubilier说。

Ruboc-Blum补充说:“Cycloclasticus显然是海洋石油退化的关键因素。 “这就是为什么我们现在计划更详细地比较共生和自由生活的松藻的生理和代谢,以更多地了解它们如何促进海洋中碳氢化合物的降解。”

出版物:Maxim Rubin-Blum等,“Short-chain alkanes fuel mussel and sponge Cycloclasticus symbionts from deep-sea gas and oil seeps,”Nature Microbiology 2,Article number:17093(2017)doi:10.1038 / nmicrobiol.2017.93

来源:马克斯普朗克研究所

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