近日，《Microbiome》雜誌在線發表了EON体育4科研團隊研究成果“Microbial succession during the transition from active to inactive stages of deep-sea hydrothermal vent sulfide chimneys” 🙍‍♂️，EON体育4平台博士生侯佳林為第一作者，EON体育4平台肖湘教授和海洋EON4王風平教授為共同通訊作者🫚，來自美國伍茲霍爾海洋研究所 (WHOI) 的Stefan Sievert博士為該文的共同作者🦻🏻。

深海熱液區生態系統是不依賴於太陽光能，由化能自養微生物支撐的典型黑暗生態系統，具有極高的生產力和生物多樣性。硫化物煙囪體是深海熱液區的代表性特征結構🧞，由噴發的超高溫還原性熱液與低溫富氧海水混合造成礦物沉澱聚集形成。海底熱液區煙囪體的“生活史”（從形成到熄滅）受海底地質活動的直接控製💦，其噴發和熄滅時間尚無法追蹤和預測，相應地熱液煙囪體微生物生態群落和系統如何形成和演替仍處於科學知識的空白區🔘。

本研究在對來自於東太平洋9°-10°N熱液區域的活躍噴發煙囪體和近期熄滅煙囪體中微生物群落分析基礎上🙇🏻‍♀️📴，對比綜合全球已報道不同狀態煙囪體的微生物群落結構🧑‍🔬，發現並提出了熱液區微生物群落的演替規律和模式：海底熱液區微生物生態系統的演替主要受到能量來源的轉換所控製，在典型的熱液硫化物煙囪體從初始形成到完全熄滅的過程中⛹🏿，棲息在其中的微生物群落由“熱液主控型”演變成“礦物主控型”👨🏻‍🎤，而且這種轉換的發生非常迅速，可以在煙囪熄滅後的數年內完成，並可以長期（千年以上）保持穩定（圖1）🦵🏻。同時研究還發現了可能指示煙囪近期熄滅狀態的標誌性細菌💂‍♂️，即新劃分為“sulfide mineral”的 Nitrospirae類群（圖1c）。

圖1  熱液硫化煙囪體在形成🧵，成熟🤶🏿，近期非活躍和長時間熄滅狀態轉換過程中微生物群落的演替模式

 東太平洋9°-10°N區域數十年以來一直是地球上被研究最為全面和深入的深海熱液環境之一，該區域在1991年和2006年分別有過兩次大規模海底火山噴發的記錄，使其成為研究熱液活動變化及其所引起微生物群落對應變化的絕佳觀測區域💙。本研究中，兩個硫化物煙囪體樣本於2014年AT26-10 航次期間采集自該熱液區域，其中L-vent樣本在采樣時正在活躍噴發，而M-vent則處於非活躍狀態（圖2），後者在2006年大規模噴發後已被調查確認熄滅，因此是一個熄滅7年左右的煙囪體樣本🎍。基於全面的宏基因組學比較分析🈲，研究發現活躍的 L-vent 與近期非活躍的 M-vent 具有完全不同的微生物群落結構和代謝特征（圖3），其中具有反硝化潛能的硫/氫氣氧化細菌 Campylobacteria 和 Aquificae 在活躍的L-vent中占有主導地位🏠，並可以利用還原性三羧酸途徑 (rTCA) 固定CO₂；而在近期非活躍的M-vent中👽，Gammaproteobacteria為主要的初級生產者，可能通過耦合金屬硫化物/鐵氧化和硝酸鹽還原支持卡爾文循環 (CBB) 介導的碳固定。此外研究中還發現一支具有獨特系統發育地位的 “sulfide mineral” Nitrospirae 類群具有耦合金屬硫化物氧化和氧氣/亞硝酸鹽/硫酸鹽還原的潛能，並且很可能是一種標誌微生物可以指示其所棲息的煙囪體正處於熄滅後的早期階段（圖1c）👨🏻‍🦯‍➡️。

圖2 （左圖）活躍的L-vent煙囪體；（右圖）近期非活躍M-vent煙囪體

煙囪體照片來源：Stefan Sievert, WHOI/NSF/ROVJason, © Woods Hole Oceanographic Institution

圖3 來自於活躍的L-vent和近期非活躍M-vent 173個MAG (Metagenome-Assembled Genome) 的基因組特征與代謝潛能

該研究工作揭示了深海熱液煙囪體微生物群落的演替規律，為深入認識深海生物多樣性，環境-生物共演化和進一步的深海生物保護提供數據和科學支撐🖕🏼，也為後續探究深海熱液微生物在地球化學元素循環中的貢獻和作用機製奠定了基礎🧚🏿‍♀️。

該研究得到了中國大洋礦物資源研發協會（DY135-B2-12）和國家自然基金（41530967, 41921006, 91751205）等項目的資助。

全文鏈接: https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-020-00851-8