在墨西哥灣的瀝青火山噴出石油，天然氣和焦油，貽貝和海綿與細菌共生，為它們提供食物。馬克斯普朗克海洋微生物研究所的科學家和來自美國的同事現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)深海動物與細菌共生，這些細菌利用油作為能源，并且似乎在油中的短鏈烷烴中茁壯成長。研究人員表示，與深海地平線漏油事件中盛行的共生體密切相關(guān)的細菌利用這種能力降解海洋中的石油。

鋪設(shè)道路時會發(fā)生悶熱和加熱，海灘上的黑色焦油塊會粘在你的腳上 - 瀝青不適合居家般的棲息地。然而，它形成了繁榮的貽貝，螃蟹，蠕蟲，海綿和許多其他動物生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

在墨西哥灣的深處，石油和焦油從海底滲出，形成奇形般的結(jié)構(gòu)，讓人想起冷卻的熔巖 - 所謂的瀝青火山。近15年前，來自不來梅，德國和美國的研究人員發(fā)現(xiàn)了這些火山。這些異國情調(diào)的環(huán)境仍然存在許多驚喜，例如現(xiàn)在在由自然微生物學雜志發(fā)表的一項研究中，由Maxim Rubin-Blum領(lǐng)導的國際研究小組和來自德國不來梅馬克斯普朗克海洋微生物研究所的Nicole Dubilier。

共生細菌使用新能源和碳源

位于墨西哥灣水深約3000米的Campeche Knolls瀝青火山是繁榮的生物群落的家園。但這些生物是從哪里生活的?

“他們不能吃瀝青或油，其他食物來源在深海很少見，”Rubin-Blum解釋道。“但是，有些動物與細菌建立了共生關(guān)系，其中一些共生體可以從油中提取能量和碳。”海洋研究人員早就知道其他富含石油的環(huán)境中的這類細菌 - 但它們是不與共生共存的自由生物微生物。

被寵壞的環(huán)形破碎機

這些油降解細菌屬于Cycloclasticus屬。它們的名字意為“破碎劑”，并描述了它們通過破壞油中難以破裂的環(huán)狀結(jié)構(gòu)來降解油的能力。這些芳香族化合物(稱為多環(huán)芳烴或多環(huán)芳烴)對大多數(shù)生物都具有高毒性，降解它們是一項耗費大量能源的艱巨過程。

不來梅研究人員在貽貝和瀝青火山的海綿中發(fā)現(xiàn)的共生Cycloclasticus不再為降解多環(huán)芳烴而煩惱。他們專注于石油易降解的化合物 - 丁烷，乙烷和丙烷等天然氣體，稱為短鏈烷烴，使自己的生活更輕松。“這些微生物不再降解PAH，”Rubin-Blum解釋說，“因為他們失去了做這件事所需的基因。”這是首次發(fā)現(xiàn)的Cycloclasticus細菌不能再降解PAH，而是從短鏈烷烴中獲取所有能量和碳。

因為短鏈烷烴易于使用，許多微生物競爭它們。這些共生細菌如何依賴這些激烈競爭的化合物，為什么它們放棄了生活在PAH上的能力呢?

“我們認為他們只能承擔這種”奢侈品“，因為它們與貽貝和海綿共生，”不萊梅馬克斯普朗克研究所的Nicole Dubilier解釋道。“這些宿主通過對周圍海水的不斷過濾，為共生的Cycloclasticus提供連續(xù)供應(yīng)的短鏈烷烴。通過生活在動物體內(nèi)，這些共生體得到很好的照顧，不必與自由生活的細菌競爭。”

“這是第一次描述基于短鏈烷烴的共生，”Rubin-Blum補充道。因此，該研究擴展了可以為化學合成共生提供動力的已知物質(zhì)的范圍。

自由親戚：出差前的快樂

Rubin-Blum，Dubilier和他們的同事將共生細菌的基因組與密切相關(guān)的Cycloclasticus自由生活物種進行了比較。在深水地平線石油災難之后，這些在墨西哥灣大量涌現(xiàn)。他們很高興地發(fā)現(xiàn)一些自由生活的Cycloclasticus也可以降解短鏈烷烴。

“這是令人驚訝的，因為直到現(xiàn)在才認為Cycloclasticus只能從PAHs生活，”Dubilier解釋道。短鏈烷烴主要存在于石油泄漏的早期階段，很快被自由生活的微生物消耗殆盡。然而，與共生的Cycloclasticus相比，他們的自由親屬仍然能夠使用PAHs。“這使他們能夠保持靈活性。當短鏈減少時，他們?nèi)匀豢梢越档拖喈攺娪驳亩喹h(huán)芳烴，”迪比利爾說。

“Cycloclasticus顯然是海洋石油降解的關(guān)鍵因素，”Rubin-Blum補充道。“這就是為什么我們現(xiàn)在計劃更詳細地比較共生和自由生活的Cycloclasticus的生理和代謝，以更多地了解它們?nèi)绾未龠M海洋中碳氫化合物的降解。”