Cable bacteria colonise new sediment environments through water column dispersal  

電纜細(xì)菌通過(guò)水柱擴(kuò)散在新生沉積環(huán)境中定殖  

來(lái)源：Environmental Microbiology, 26(10), e16694  

《環(huán)境微生物學(xué)》第26卷第10期，文章編號(hào)e16694  

 

摘要內(nèi)容：  

該論文研究了海洋電纜細(xì)菌在氧化水柱中的有效擴(kuò)散機(jī)制及其在新沉積環(huán)境中的定殖能力。電纜細(xì)菌具有獨(dú)特的遠(yuǎn)距離電子傳遞代謝方式，但其活性受氧氣抑制。通過(guò)分隔微宇宙實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，電纜細(xì)菌以片段形式（約15個(gè)細(xì)胞的中位尺寸）從源沉積物釋放到上覆水體中，約30%的片段附著在沉積顆粒上。這些片段通過(guò)氧化水層運(yùn)輸并成功定殖于滅菌的"目標(biāo)"沉積物中，每個(gè)目標(biāo)核心僅含單一菌株?，F(xiàn)場(chǎng)鹽沼溪流觀測(cè)驗(yàn)證了片段釋放現(xiàn)象，提出了電纜細(xì)菌通過(guò)附著顆粒保護(hù)實(shí)現(xiàn)氧化水層擴(kuò)散的模型。

 

研究目的：  

探究電纜細(xì)菌在含氧水環(huán)境中的擴(kuò)散機(jī)制及其在新沉積環(huán)境中的定殖能力，驗(yàn)證"水柱擴(kuò)散"假說(shuō)。

 

研究思路：  

構(gòu)建分隔微宇宙系統(tǒng)：自然沉積物（源）與滅菌沉積物（目標(biāo)）通過(guò)氧化水體連接  

 

監(jiān)測(cè)源沉積物和目標(biāo)沉積物的電纜細(xì)菌活性（微傳感器剖面）  

 

檢測(cè)水柱中的細(xì)菌片段（FISH技術(shù)）  

 

分析微生物群落組成（16S rRNA測(cè)序）  

 

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)鹽沼采樣驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及來(lái)源：  

孔隙水化學(xué)剖面（氧、硫化物、pH、電勢(shì)）  

 

使用丹麥Unisense微電極測(cè)量  

來(lái)源：圖2、圖A1、圖A2  

 

 

 

 

 

電纜細(xì)菌豐度（熒光原位雜交-FISH）  

來(lái)源：表1、表2  

 

 

 

微生物群落多樣性（16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序）  

 

來(lái)源：圖4  

 

 

水柱片段特征（長(zhǎng)度、附著率）  

 

來(lái)源：表2、圖3  

 

研究意義：  

孔隙水化學(xué)數(shù)據(jù)：  

 

氧滲透深度（OPD）和硫化物出現(xiàn)深度（SAD）確定電纜細(xì)菌代謝活動(dòng)范圍  

 

pH最小值（△pH）和電勢(shì)差（△EP）量化電子傳遞強(qiáng)度  

 

證實(shí)電纜細(xì)菌在目標(biāo)沉積物中重建了特征代謝指紋  

微電極數(shù)據(jù)意義：  

 

高分辨率（50-200μm）揭示毫米尺度化學(xué)梯度  

 

電勢(shì)信號(hào)直接證明跨沉積物的電子傳遞  

 

氧/硫化物剖面顯示電纜細(xì)菌的微需氧生態(tài)位  

 

結(jié)論：  

電纜細(xì)菌通過(guò)產(chǎn)生短片段（snippets）實(shí)現(xiàn)水柱擴(kuò)散，沉積顆粒附著提供氧保護(hù)  

 

單一片段即可成功定殖，產(chǎn)生"奠基者效應(yīng)"  

 

現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室模型，釋放速率約51細(xì)胞/小時(shí)/cm2  

 

為微生物地理分布理論提供實(shí)證，揭示絲狀厭氧菌的特殊擴(kuò)散機(jī)制  

 

Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細(xì)解讀：  

使用Unisense微電極測(cè)量的氧（50μm尖端）、硫化物（100μm）、pH（200μm）和電勢(shì)（100μm）剖面具有關(guān)鍵科學(xué)價(jià)值：  

氧剖面：精確測(cè)定氧滲透深度（1mm精度），顯示電纜細(xì)菌嚴(yán)格局限于微氧區(qū)（<10μM O?），解釋其無(wú)法在完全氧化水體存活的原因  

 

硫化物梯度：量化電子供體的空間分布，硫化物出現(xiàn)深度與電纜細(xì)菌下緣位置吻合，證明硫氧化與氧還原的耦合  

 

pH異常：檢測(cè)到0.3-1.2單位的pH波動(dòng)，反映質(zhì)子遷移過(guò)程，印證電纜細(xì)菌引起的硫氧化產(chǎn)酸效應(yīng)  

 

電勢(shì)信號(hào)：記錄到0.2-0.7mV電勢(shì)差，直接證實(shí)厘米級(jí)電子傳遞的存在，這是電纜細(xì)菌代謝的標(biāo)志性特征  

 

這些高精度數(shù)據(jù)首次系統(tǒng)揭示了電纜細(xì)菌在新生沉積物中重建電子傳遞網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程，證實(shí)水柱擴(kuò)散片段具有完整代謝功能，為理解其全球分布提供了關(guān)鍵機(jī)制證據(jù)。