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。深海蘊含著巨量的生物資源和特殊的生命過程，亟待我們?nèi)フJ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，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。
中國科學院海洋研究所孫超岷研究團隊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，研究團隊發(fā)現(xiàn)了一種深海熱液細菌能在細胞表面形成大量規(guī)則的硫化鎘礦物質(zhì)，而這些礦物質(zhì)具有典型納米光學材料的光電子吸收特性，這種深海細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，研究團隊又發(fā)現(xiàn)另一種深海熱液細菌能合成一種光敏色素，這種蛋白能幫助細菌利用熱液口發(fā)出的微弱的紅外光。
2022年，研究團隊又從深海冷泉環(huán)境利用藍光富集的方法培養(yǎng)了一株細菌，這株細菌能借助其自身產(chǎn)生的一種藍光感受器感受藍光，而藍光恰恰是深海動物的主要發(fā)光類型。值得注意的是，藍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光。這些微生物都是非光合細菌，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，孫超岷研究團隊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“綠色非硫細菌”，是細菌域中一個多樣性較高的類群。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，其生物學特性在國內(nèi)外基本處于空白。研究團隊經(jīng)過近兩年的艱難摸索，終于培養(yǎng)出了這一類奇特的細菌。令人驚奇的是，這類細菌在實驗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證。
那么，為什么深海微生物要進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，解析其光能利用機制，了解深海微生物利用光能的真實目的。
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？這些問題也無時無刻不在拷問著深?？蒲泄ぷ髡摺?/p>
相比于無際的太空，人類對深海的了解還遠遠不夠。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)和真實目的！
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來源：中國科學院海洋研究所
標簽： 海洋生物
