微生物席

智利研究人員在南美洲西南岸發現一個巨大的“微生物席”，覆蓋面積相當於希臘。“微生物席”是在最小含氧層所在深度發現的。微生物在海洋生物量中的比重最高估計可達到90%。國際海洋生物普查計畫為期10年，將於2010年10月公布其普查結果。

基本介紹

• 中文名：微生物席
• 發現於：南美洲西南岸
• 覆蓋面積：相當於希臘
• 所屬學科：古生物學,古植物學

普查發現

　研究人員表示這隻管海葵幼蟲已開始像成年個體那樣利用觸鬚捕食獵物。位於圖片中部的是它的腹部，顏色較暗說明它最近吃過東西。

微生物席

根據科學家上世紀50年代作出的估計，每升海水中的微生物細胞數量在10萬個左右。藉助於更為先進的現代技術，研究人員現今得出的微生物數量接近10億。根據他們的計算，海洋微生物的總重量估計相當於2400億頭非洲象。

此次海洋生物普查中，智利研究人員在南美洲西南岸發現一個巨大的“微生物席”，覆蓋面積相當於希臘。“微生物席”是在最小含氧層所在深度發現的。所謂的最小含氧層是指含氧量極低的區域或者無氧區域。根據研究人員的發現，這些微生物以硫化氫為食。硫化氫對絕大多數生物具有毒性，是無氧環境下的有機物質分解產物。

國際海洋微生物普查計畫(以下簡稱ICoMM)負責人麥切·索基恩表示：“其他任何海洋生物的數量都無法與此次普查發現的微生物數量相提並論。科學家正在發現一系列新的海洋微生物並對其進行描述，這些微生物無論是從多樣性還是豐富性方面都達到令人吃驚的程度。”

普查對象

圖片中的這個幼仔身長只有0.25毫米左右。

CoML共有4個項目，ICoMM只是其中之一，普查對象為“難以用肉眼觀察”的海洋微生物。由荷蘭和美國研究人員構成的普查組在超過1200個區域收集樣本，最終編輯整理的數據集涵蓋的DNA序列數量超過1800萬個。

CoML項目研究員表示基於分子特徵的海洋微生物種類達到10億種左右。他們指出微生物對海洋生物的可持續性至關重要，它們在海洋生物呼吸作用中的貢獻率達到95%左右。CoML綜合組負責人保羅·斯奈格拉維表示：“它們在維持海洋正常運轉方面發揮了重要作用。毫無疑問，如果沒有微生物的參與，海洋中的生物乃至地球上的生物將很快走向滅亡。”

科學研究

科學家表示acantharians可能是4種生活在海洋開放水域的大型變形蟲之一。它們的骨骼由單晶硫酸鍶構成，這種物質會在細胞死後迅速溶解于海水中。

這個研究小組由CoML科學籌劃指導委員會副主席領導，他表示“微生物席”與一個存在於25億年至6.5億年前的生態系統類似。除了聚焦微生物外，參與普查項目的科學家同樣對浮遊動物種群的多樣性進行了評估。期間，他們在深海平原、熱液噴口以及滲漏區採集樣本。

斯奈格拉維表示，藉助於最近取得的技術進步，科學家才得以對“難以用肉眼觀察”的微生物進行研究。他在接受BBC News採訪時說：“在研究微生物過程中，我們很難進行分辨，因為它們的個頭太小並且看上去一模一樣。我們現在知道海洋中看似相同的微生物實際上存在巨大差異。過去10年時間裡，我們在相關技術幫助下開始解答‘它們是什麼’以及‘做什麼’的問題。”

信息採集

此次海洋生物普查過程中，科學家發現的其中一個新物種就是圖片中的這個“魷魚蟲”，生活在西里伯斯海海下2800米的區域。

斯奈格拉維稱不同項目組獲取的信息將被輸入一個名為“海洋生物地理信息系統”(以下簡稱Obis)的開放式資料庫。他說：“參與普查計畫的每一個人都贊同將他們獲取的數據輸入這個資料庫的做法。”目前，全世界的網民都可以通過網際網路訪問Obis。這個資料庫當前的記錄超過2700萬個，涵蓋超過11萬種海洋生物。網民可通過資料庫獲取大量信息，其中包括海洋生物的細節，發現區域以及所在區域深度。

斯奈格拉維說：“這種方式有助於豐富這個全球海洋生物多樣性數據集。在資料庫的幫助下，人們可以驗證有關海洋生物的各種猜測，例如生活在什麼地方，哪些區域是生物多樣性的熱區和冷區。我認為未來的這個資料庫將擁有極為豐富的內容，幫助人們獲取自己希望的信息。”一份最終的綜合報告將於10月初公布。隨著報告的公布，這項為期10年由超過來自80多個國家的2000多名科學家參與的普查項目也宣告結束。

形成演化

微生物席一般生長在不同種物質交界面，尤其是浸沒的或者潮濕的物體表面，極少數也存在於乾旱的沙漠之中。微生物席通常雖然最多只有數厘米厚，但在這么小的尺度範圍內卻創造了較為寬泛的化學環境梯度，從最上層的富氧層到最底層的嚴格厭氧層，提供了多種多樣的生態位可供生態類型各異的種群定居。這也是微生物席不僅結構繁雜，而且種群組成複雜多樣的主要原因。在潮濕的條件下，微生物席各組成部分被席內某些微生物分泌的粘液狀物質粘附在一起;也有在很多情況下，微生物席內所有微生物形成錯綜複雜的網狀結構;最常見的微生物席的物理形態為扁平狀、短柱型—疊層石，也有圓形的微生物席的分布。

根據地球上己有的化石記錄，微生物席是地球上最早的生命形態，距今大概35億年前。微生物席自從出現以後，就成為地球生態系統中最為重要的成員和生態系統的重要維持者。生命起源“海底起源說”認為，生命起源於海底熱煙囪或者說海底熱液口附近，這些最古老的生命形態生活在高溫(熱泉口附近溫度高達300℃以上)、高壓、缺氧、偏酸和無光的環境中，他們或者屬於化能自養細菌或古細菌—利用氧化熱泉噴出的還原性硫化物(如H2S，Na2S等)得到的能量來還原CO2成為簡單的有機物，或者屬子光能自養型細菌或古細菌—能夠吸收利用熱煙囪釋放的熱紅外光獲取能量，從而進行一些簡單的代謝活動。經過漫長地質歷史歲月的演化，當這些原始生命祖先的色素在不斷得到改進和提升之後，能夠捕獲並利用自然界存在範圍更為普遍的光能(如可見光，波長範圍大概位於350-700nm)的時候，微生物席就不再局限于海底熱煙囪或者海底熱液口周圍，而是逐漸向範圍寬廣的光照區擴展。

美國亞利桑那州立大學教授Blankenship分析研究了細菌葉綠素DNA的分子進化關係以及細菌葉綠素的合成機制，認為非產氧型的光合作用最早應產生於紫色細菌，而產氧型光合作用則起源於藍細菌。紫色細菌不能產生和利用氧氣，而藍細菌則能夠產生和利用氧，這使得微生物席的典型結構從上到下一般可分為三層:最上層是包含大量藍細菌的富氧層;中間是含有大量能夠耐受氧毒的紫細菌層;最下層是嚴格厭氧層，主要由產甲烷菌和硫酸鹽還原菌組成。當然，這三層只是認為對微生物席進行的劃分，三層之間並沒有徑渭分明的界限，每兩層之間均含有一個過渡層。產氧型光合作用的出現，極大地增加了大氣中自由氧的濃度。因此，微生物席在能夠耐受氧毒害作用和利用氧進行能量代謝的微生物進化過程中扮演著主要角色。對於那些不適應氧的微生物而言，氧具有很強的毒害性，而氧耐受性微生物則完全不然，氧不但對這些微生物毫無害處，氧的出現反而大大提高了這些生物的代謝效率。伴隨著代謝效率的大幅度提高，耐氧生物和需氧生物在生物圈中的競爭優勢逐漸變得明顯起來。隨著寒武紀生物大爆發，大量微生物席結構遭到破壞，地球生物圈被更高級、代謝更複雜、代謝效率也更高的動植物所統治，微生物席在地球上似乎完全消失了。然而，寒武紀的生物大爆發對微生物席而言絕非滅頂之災:一方面，在很多極端環境條件下，如強酸、強鹼、高鹽、高溫、高壓、高/低pH等，微生物席都被很好地保存再來;另一方面，微生物占地球上所有活生物量的99%以上，而且其中大部分是以生物膜和微生物席中的成員存在的。由此，我們可以說，微生物席並沒有從地球上消失了，而是“躲藏”到了那些普通生物難以企及的極端惡劣的生態環境之中了。在這些極端的生境中，生態環境條件比較單一，生態壓力較小，再加上某些極端微生物代謝速率非常緩慢(如寡營養微生物)，雖經過漫長的地質歷史時期，微生物席中的生物極有可能未發生特別大的變化。從這個意義上說，我們研究極端環境下的微生物席，對於揭示生物圈起源的奧秘，闡明生物多樣性形成的機制，認識生命的極限條件及其與環境的相互作用的規律等等，都具有極為重要的科學意義。另外，極端微生物中發現的適應極端惡劣環境條件機制，還將成為人類在浩瀚的宇宙太空中尋找地外生命的理論依據。

相關資料

疊層石

疊層石主要是由原核生物（包括藍藻、光合細菌及其他微生物）周期性的生命活動所引起的礦物沉積和膠結作用形成的疊層狀生物沉積構造，形成疊層石的微生物群落稱為微生物席。疊層石代表了地球上最古老和最原始的微生物生態系統，最老的疊層石可以追溯到35億年前的早太古代，最古老的原核生物化市就發現於澳大利亞西部距今35億年的瓦拉伍納群（warrawoona group）矽質疊層石中。迄今為止，已經在澳大利亞、北美和南非十幾個地點、年齡超過25億年的太古宙沉積岩石中發現了疊層石；而元古宙的疊層石分布更加廣泛，在全球範圍內，幾乎所有的元古宙碳酸鹽沉積中都產出豐富多樣的疊層石；在末元古代大冰期以後，由於地球環境的巨變和後生動物的興起，引發了整個海洋生態系統的重建，地球上自生命起源以來建立的、長達30億年的、以原核微生物為主體的疊層石生物生態系統迅速被以真核多細胞生物為主體的高級生態系統所取代；自顯生宙之後，直達現代，只有在一些特殊的環境中，才可尋覓到疊層石的蹤跡。

在地球早期的海洋中，組成疊層石的微生物群落參與了地球早期元素的氧化和還原反應，轉移和積聚化學能和太陽能，在代謝過程中固定二氧化碳並釋放氧，把早期地球的還原性大氣圈逐漸變成氧化性大氣圈，並為以後真核生物的出現和生物的多細胞化奠定了基礎。