生長期間與(Ni，F(xiàn)e)S2菱形納米顆粒緊密結(jié)合的微生物何巴氏甲烷八疊球菌菌株Fusaro的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖像。用乙酸鹽和甲醇作為產(chǎn)甲烷底物，從環(huán)用(Ni，境中金屬Fe)S2作為鎳、古代鐵和硫的微生物何唯一來源來生長巴氏桿菌。比例尺等于2µM。從環(huán)學(xué)分:uux.cn/應(yīng)用與環(huán)境微生物學(xué)(2023)。境中金屬DOI: 10.1128/aem.00991-23
（神秘的古代地球uux.cn）據(jù)蒙大拿州立大學(xué)（里根·科頓）：蒙大拿州立大學(xué)科學(xué)家的一份新出版物加深了對一種古老生命形式的現(xiàn)有知識，以及它如何在今天繼續(xù)獨(dú)特的微生物何生態(tài)過程。這篇題為“產(chǎn)甲烷菌在鎳黃鐵礦的從環(huán)還原溶解過程中獲得和生物積累鎳”的論文發(fā)表在10月13日的《應(yīng)用和環(huán)境微生物學(xué)》上。
該出版物的境中金屬作者是埃里克·博伊德教授、前博士后研究員雷切爾·施皮茨和現(xiàn)任博士后研究員德文·佩恩。古代Boyd的微生物何實(shí)驗(yàn)室位于MSU農(nóng)業(yè)學(xué)院微生物和細(xì)胞生物學(xué)系。
博伊德研究的從環(huán)一個(gè)關(guān)鍵要素是探索被稱為產(chǎn)甲烷菌的微生物，這是一種至今仍存在的古老生命形式。產(chǎn)甲烷菌是獨(dú)特的，因?yàn)樗鼈儾幌翊蠖鄶?shù)生物那樣利用陽光來促進(jìn)新陳代謝，而且它們會被氧氣毒害。相反，他們的新陳代謝使用來自環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)，經(jīng)常分解巖石和礦物質(zhì)來完成。在這個(gè)過程中，細(xì)胞產(chǎn)生甲烷，也稱為天然氣。
Boyd說，精確定位產(chǎn)甲烷菌如何做到這一點(diǎn)可以回答30多億年前的問題。
“早期地球沒有氧氣，當(dāng)時(shí)的大氣中含有大量的甲烷和氫氣，”博伊德說?！斑@主要是由于這些產(chǎn)甲烷菌將氫氣和二氧化碳反應(yīng)生成甲烷。突然之間，不知什么原因，甲烷開始減少，氧氣開始增加。那是大約24億年前。那么，發(fā)生了什么？”
Boyd的新論文研究了一種特定類型的產(chǎn)甲烷菌，它可以從周圍環(huán)境中分離和生物積累鎳，利用礦物質(zhì)作為營養(yǎng)源來支持生長。這些發(fā)現(xiàn)有助于區(qū)分關(guān)于數(shù)十億年前大氣甲烷減少的兩種競爭假說，這可能是由產(chǎn)甲烷菌數(shù)量減少引起的。
博伊德說，一種假設(shè)是，不斷變化的環(huán)境條件導(dǎo)致產(chǎn)甲烷菌和其他生物之間對環(huán)境資源的競爭加劇，導(dǎo)致產(chǎn)甲烷菌數(shù)量下降。另一種理論認(rèn)為，早期地球上火山模式的變化導(dǎo)致可利用的鎳減少，導(dǎo)致產(chǎn)甲烷菌渴望這種重要元素。
然而，新論文中包含的研究發(fā)現(xiàn)，依賴鎳的產(chǎn)甲烷菌需要的鎳比以前認(rèn)為的少得多。它們積累鎳的能力使得它們即使在鎳缺乏的情況下也能生存。
為了進(jìn)行這些觀察，Boyd的研究小組在鎳含量不同的環(huán)境中培養(yǎng)產(chǎn)甲烷菌，觀察它們對不同條件的反應(yīng)。通過測量微生物產(chǎn)生的甲烷量，他們能夠估計(jì)產(chǎn)甲烷菌的生長和存活情況。利用各種光譜技術(shù)，研究小組可以確定這些電池儲存了多少鎳。
Boyd研究產(chǎn)甲烷菌已經(jīng)將近20年了，這是他在MSU大學(xué)攻讀博士期間開始感興趣的一個(gè)探索方向。在那段時(shí)間的大部分時(shí)間里，他的工作得到了美國國家航空航天局的資助。
“生命起源時(shí)，沒有光合作用。支持生命的都是基于礦物的能量，”他說。“突然間，我們偶然發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)，這本質(zhì)上是微生物以一種原本不可能的方式獲取礦物質(zhì)并還原它們。大多數(shù)時(shí)候，礦物會被氧化，產(chǎn)生酸性礦井水，但這一過程不會這樣。”
Boyd說，更好地理解“生物采礦”過程可以讓人類開發(fā)對環(huán)境影響較小的采礦技術(shù)。這篇新論文中的發(fā)現(xiàn)代表了朝著這一可能性的又一科學(xué)進(jìn)步。
博伊德說:“我認(rèn)為這篇論文有三個(gè)特別之處?！耙皇俏覀冏C明了細(xì)胞可以從礦物質(zhì)中獲取鎳，這是以前沒有發(fā)現(xiàn)的。第二，他們可以在極低的濃度下獲得它。他們不需要太多，這違背了傳統(tǒng)的想法。第三是他們積累它，這是有意義的。如果你非常依賴某樣?xùn)|西，而這些蟲子又非常依賴鎳，那么它們已經(jīng)找到了某種方法來確保未來有足夠的鎳?！?br>雖然科學(xué)概念和研究過程極其復(fù)雜，但博伊德說，這項(xiàng)工作的更大意義非常簡單，直接關(guān)系到地球如何成為其他生命形式并最終成為人類的可居住環(huán)境的永恒問題。正如生命起源研究中經(jīng)常出現(xiàn)的情況一樣，新的進(jìn)展提出了新的問題，導(dǎo)致了持續(xù)的探索。
“理解是什么驅(qū)使這種轉(zhuǎn)變遠(yuǎn)離甲烷大氣是至關(guān)重要的，”他說。“如果這種過渡狀態(tài)沒有發(fā)生，你和我就不會在這里談?wù)撍?，因?yàn)槲覀冃枰髿庵械难鯕狻哪撤N意義上說，理解環(huán)境的過去以及它是如何改變并允許復(fù)雜生命進(jìn)化的，這不僅是理解我們?nèi)绾蝸淼竭@里，也是理解我們將走向何方的核心?！?