深海中竟有九成生物會發(fā)光

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海洋約占地球表面總面積的71%，其中90%的海洋平均水深大于1000米，被稱為深海，是地球上人們了解最少的生境之一。深海蘊含著巨量的生物資源和特殊的生命過程，亟待我們?nèi)フJ識和開發(fā)。

提起深海，很多人都想到黑暗、陰森、可怕等字眼，認為那里一直是神秘而永恒的黑暗環(huán)境。但讓人大感意外的是，越來越多的研究表明，不僅深海熱液區(qū)，其他深海生境（如冷泉）也存在不同形式的地質(zhì)光或生物發(fā)光。

是的，你沒有聽錯，在暗無邊界的深海中有90%的生物都會發(fā)光，它們形態(tài)各異，有的長得像哈密瓜，有的像飛碟……

眾所周知，萬物生長靠太陽。的確，真光層生物的生長或多或少地都會受到光的影響。那么既然深海有光的存在，是否已經(jīng)進化出一些生命體能利用這些微弱但足以支撐微小生命的光呢，比如微生物？答案是肯定的。

中國科學(xué)院海洋研究所研究團隊近幾年一直致力于深海光能利用微生物的發(fā)現(xiàn)及光能利用機制研究，發(fā)現(xiàn)了一系列能利用光能的深海“小精靈”——微生物。

2021年，該研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種深海熱液細菌能在細胞表面形成大量規(guī)則的硫化鎘礦物質(zhì)，而這些礦物質(zhì)具有典型納米光學(xué)材料的光電子吸收特性，這種深海細菌能巧妙地利用熱液口發(fā)出的光，使其更好地適應(yīng)深海環(huán)境。同年，研究團隊又發(fā)現(xiàn)另一種深海熱液細菌能合成一種光敏色素，這種蛋白能幫助細菌利用熱液口發(fā)出的微弱紅外光。

2022年，研究團隊又從深海冷泉環(huán)境利用藍光富集的方法培養(yǎng)了一株細菌，這株細菌能借助其自身產(chǎn)生的一種藍光感受器感受藍光，而藍光恰恰是深海動物的主要發(fā)光類型。值得注意的是，藍光感受器的同源蛋白廣泛分布于深海微生物中，表明了很多深海微生物也能通過類似的途徑感受并利用藍光。這些微生物都是非光合細菌，也就是說它們不是借助典型光合作用途徑利用光能。

那么，是否有深海微生物能通過經(jīng)典的光合作用途徑利用光能呢？最近，該研究團隊在深海冷泉生境的確發(fā)現(xiàn)了這一類微生物的存在——綠彎菌，以前被稱為“綠色非硫細菌”，是細菌域中一個多樣性較高的類群。綠彎菌成員廣泛分布在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，而且豐度非常高，但深海生境中被培養(yǎng)的類群屈指可數(shù)，屬于典型的難培養(yǎng)微生物，其生物學(xué)特性在國內(nèi)外基本處于空白。研究團隊經(jīng)過近兩年的艱難摸索，終于培養(yǎng)出了這一類奇特的細菌。令人驚奇的是，這類細菌在實驗室和深海條件下都能借助光合作用途徑利用紅光，這株光合綠彎菌的發(fā)現(xiàn)也為深海光合微生物的存在提供了實證。

為什么深海微生物要進化出如此多樣的光能利用途徑呢？相對于近海及陸地環(huán)境，深海缺少能支撐其生長的足夠能量，在競爭激烈的生存環(huán)境中，如果能利用微弱的光能無疑能讓這些微生物在生存競爭中勝出，繼續(xù)繁衍自己的后代。在未來的研究中應(yīng)該培養(yǎng)更多能利用光能的深海微生物，解析其光能利用機制，了解深海微生物利用光能的真實目的。

（來源：中科院之聲；作者單位：中國科學(xué)院海洋研究所）

標簽： 光合作用 中國科學(xué)院