深海(>200米深)约占全球海洋体积的90%,是生物圈最大的栖息地(~1.3× 1018m3) ,也是地球上最大的微生物库之一,最大的水生系统。微生物是深海中能量和物质的主要转化者,可使阳光照射的地表水中产生的有机物再矿化,并通过化学自养方式固定溶解的无机碳(DIC)。这种微生物暗DIC固定是一个全球过程,根据速率和预算计算,可与微生物异养碳生物质生产相媲美。然而,自从大约二十年前发现以来,在全球海洋中支持暗DIC固定所需的能源在很大程度上仍然是个谜。最初,氨被认为是暗DIC固定的唯一能源,其来自发现自养氨氧化Crenarchaeota Group I。然而,发现低中远洋海洋的低氨供应不足以解释DIC固定率。同样,细菌(Nitrospina和Nitrospira),另一个促进暗DIC固定的过程无法解释全球海洋氧气最小区域以外的测量固定率。
DIC固定的另一个潜在能源是还原硫化合物的氧化,广泛存在于热液喷口羽流和氧气最少区域。然而,在含氧海洋水柱中,还原硫化合物的存在和有效利用更难以解释,除非化学自养活动与低氧微生态位相关。目前的证据还表明,沉没的浮游植物生物量中溶解的有机硫化合物的降解以及浮游动物的分泌或细菌生产化合物如二甲基磺酰基丙酸盐(DMSP)在含氧水柱中产生还原和氧化形式的无机硫物质(例如,硫化物、硫代硫酸盐和亚硫酸盐)。最近的一项研究还表明,牛磺酸等有机化合物可能会产生亚硫酸盐,并被SAR324和硫球藻科进化枝的成员进一步氧化成硫酸盐。最近,据报道整个大西洋的硫氧化基因丰度和RuBisCO与深度呈正相关,表明深海中硫氧化增加的可能性。然而,硫氧化的可能性和关键类群在很大程度上仍然难以摸清,特别是在含氧量最低的深海区域。
来自维也纳大学(University of Vienna)的科学家将单扩增基因组(SAG)、宏基因组组装基因组(MAG)和显微放射自显影与催化报告沉积荧光原位杂交(MICRO-CARD-FISH)相结合,对南极洲罗斯冰架下收集的样本的单细胞活性测量,以表征一个普遍存在的混合营养细菌群(UBA868),该细菌群主导RuBisCO基因和关键硫氧化基因的表达。对'Tara基因库的进一步分析Oceans'和'Malaspina'探险证实了这个神秘群体在全球中远洋海洋中硫氧化和溶解无机碳固定基因表达中的普遍分布和全球相关性。这项研究还强调了混合营养微生物在深海生物地球化学循环中未被认识到的重要性。(熊 萍 编译)