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          有哪些逆天的微生物?

          感激评论区老王和 @笠原JunE 的提示,弥补了发明D. audaxviator单一物种构成生态体系的进程和证据。

          丧一点说,世界上最孤单的物种;励志一点说,世界上最自力更生的物种,Desulforudis audaxviator,中文命名黄金独生菌,就是下图中杆状的细菌。

          图片来自维基

          科学家2005年在南非一个金矿距地面2.8公里的地下水里发明了D. audaxviator,2008年发了一篇Science(爱慕)。这里的环境非常恶劣,水温到达60摄氏度以上,pH9.3,没有氧气,没有阳光。

          但是这些都没啥,因为很多嗜极生物都能做到甚至更厉害(比如极地冰盖和深海火山的某些细菌),而D. audaxviator最逆天的处所是它一个物种就能独立构建一个生态体系,完整不须要和其他物种产生接洽就能独立生存,但这也意味着它们无法应用其他物种合成的有机物,能应用的有机物要么来自于同类的尸体和代谢产物,要么只能自己合成,因此要自己固氮、固碳,并且自行合成自身所需的所有氨基酸。打个比喻,就像《火星救济》里马特达蒙手头连土豆都没有,仅靠一些水在火星上活下去,想想就有点惨。不过也正因为环境如此贫瘠,D. audaxviator滋生一代可能须要成百上千年,环境极差的时候会形成内生孢子休眠,对恶劣环境的抵御力更强。

          D. audaxviator是一种化能自养细菌,不须要阳光,只须要周围环境中有放射性矿物、水、硫化物、氨(甚至元素氮)和二氧化碳就能生存。因为没有氧气,所以它应用硫酸根离子作为电子受体,而硫酸根离子又来自于放射线作用于水后发生的过氧化氢与硫化物的反映。简略说,黄金独生菌间接应用放射能而不是光能作为能量起源。因为它的生涯环境与早期大气含氧量极低的地球、火星的某些处所很类似,所以它为研讨地球甚至地外性命来源供给了一个很好的标本。我开了个脑洞,黄金独生菌甚至可以作为人类以后地外殖民的先锋,为后来者供给初步的有机物积聚。

          科研界的传说,发表在Science、Nature这种杂志上的论文一般都能独立讲一个完全的“故事”,D. audaxviator的发明也不例外。

          科学家在对南非金矿地下水的研讨中已经发明过几种能在恶劣环境下生存的细菌和古细菌,但是其生态体系也是由几种物种构成,其中一种盘踞优势位置。

          2005年科学家在约翰内斯堡邻近的Mponeng金矿地下取了5600升水,原来预计和其他研讨一样,会在这些水里发明相似的生态体系,比如发明数种细菌,其中一种重要细菌盘踞70-80%的份额。他们过滤了所有的5600升水,2006年在过滤物中发明了一种细菌,和之前在南非Witwatersrand金矿距地表1.5公里的地下水中发明的一种细菌相似,这似乎和预期相符。但是后来的DNA剖析发明,过滤物中同一种细菌的DNA占了99.9%,剩下的0.1%应当是采样和试验室的污染(几乎无法避免)。

          这意味着样本中只有一种细菌,而Mponeng金矿的地下水已经与外界隔离达数百万年,也就是说这种细菌(也就是本文的主角D. audaxviator)独自生存已经数百万年。

          后来对D. audaxviator基因的剖析也持续验证了这个说法。其他在相似环境下生存的细菌,其基因组比拟简练,因为它们在生态体系中各司其职,所以不须要功效面面俱到的基因组,每种细菌的基因组平均包括1500个基因;而D. audaxviator的基因组相对来说很大,当时鉴定出2157个基因,现在鉴定出的已经到达2275个基因。这些基因中包含独立生存必需的基因,比如固氮、固碳、应用硫酸跟离子作为能量起源、合成所有氨基酸的基因,意味着D. audaxviator的确可以独立构成一个生态体系。

          D. audaxviator的很多与独立生存关的基因来自于古细菌基因的程度转移,比如编码硫酸腺苷酰转移酶、焦磷酸酶的基因,但是给我印象深入的是一种固氮酶,这种酶在缺少氨的时候,能以多耗费能量为代价,直接固定环境中的元素氮!

          PS:我知道这个细菌是因为和知乎某基督徒的争辩。旧约里说上帝用一天发明了植物,用另外一天发明了动物,所以知乎上某基督徒说地球上没有单一物种的生态体系,是支撑神创论的坚实根据。然后我搜了一下,找到了黄金独生菌。呵呵。

          材料起源:

          1、Dylan Chivian, Eoin L. Brodie, Eric J. Alm, David E. Culley, Paramvir S. Dehal, Todd Z. DeSantis, Thomas M. Gihring, Alla Lapidus, Li-Hung Lin, Stephen R. Lowry, Duane P. Moser, Paul Richardson, Gordon Southam, Greg Wanger, Lisa M. Pratt, Gary L. Andersen, Terry C. Hazen, Fred J. Brockman, Adam P. Arkin, and Tullis C. Onstott.Environmental genomics reveals a single-species ecosystem deep within the Earth.Science, October 10, 2008

          2、Journey Toward The Center Of The Earth: One-of-a-kind Microorganism Lives All Alone. sciencedaily.com/releas

          3、biocyc.org/CDES477974/o

          4、microbewiki.kenyon.edu/