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(yùn)含著巨量的生物資源和特殊的生命過程，亟待我們?nèi)フJ(rèn)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(rèn)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，越來越多的研究證據(jù)表明，不僅深海熱液區(qū)，其他深海生境（如冷泉）也存在不同形式地質(zhì)光或生物發(fā)光。
是的，你沒有聽錯(cuò)，在暗無邊界的深海中有百分之九十的生物都會發(fā)光，它們形態(tài)各異，有的長得像哈密瓜，有的像外星飛碟……
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(jìn)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)院海洋研究所孫超岷研究團(tuán)隊(duì)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(jī)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，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種深海熱液細(xì)菌能在細(xì)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(xì)菌能巧妙利用這種特性利用熱液口發(fā)出的光使其更好地適應(yīng)深海環(huán)境。同年，研究團(tuán)隊(duì)又發(fā)現(xiàn)另一種深海熱液細(xì)菌能合成一種光敏色素，這種蛋白能幫助細(xì)菌利用熱液口發(fā)出的微弱的紅外光。
2022年，研究團(tuán)隊(duì)又從深海冷泉環(huán)境利用藍(lán)光富集的方法培養(yǎng)了一株細(xì)菌，這株細(xì)菌能借助其自身產(chǎn)生的一種藍(lán)光感受器感受藍(lán)光，而藍(lán)光恰恰是深海動物的主要發(fā)光類型。值得注意的是，藍(lán)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(lán)光。這些微生物都是非光合細(xì)菌，也就是說他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，孫超岷研究團(tuán)隊(duì)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(xì)菌”，是細(xì)菌域中一個(gè)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(tuán)隊(duì)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(xì)菌。令人驚奇的是，這類細(xì)菌在實(shí)驗(yàn)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(shí)證。
那么，為什么深海微生物要進(jìn)化出如此多樣的光能利用途徑呢？很好理解，深海相對于近海及陸地環(huán)境，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(jī)制，了解深海微生物利用光能的真實(shí)目的。
此外，深海是否存在更多特殊的光，是否有更多的光能利用微生物和新途徑存在深海生物中？這些問題也無時(shí)無刻不在拷問著深?？蒲泄ぷ髡?。
相比于無際的太空，人類對深海的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。得益于國家深海探測裝備和技術(shù)的飛速發(fā)展，我們已經(jīng)能夠深潛到萬米之深的馬里亞納海溝，未來我們將親臨深海去捕捉深海微弱的光，去找尋能夠利用這些微光的深海“小精靈”，并利用特殊的儀器和這些“小精靈”對話，去了解他們利用光能的特殊本領(lǐng)和真實(shí)目的！
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來源：中國科學(xué)院海洋研究所
標(biāo)簽： 海洋生物
