科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地

科学家在智利阿塔卡马沙漠发现前所未见的微生物地下栖息地 科学家利用新的 DNA 分析技术在智利阿塔卡马沙漠深处发现了多种微生物生命，为极端环境中的生物多样性提供了见解，并对地外生命研究产生了潜在影响。永盖-普拉亚，智利阿塔卡马沙漠最干旱的地区之一。资料来源：D. Wagner, GFZ这是以新开发的分子 DNA 分析方法为基础的，这种方法可以集中提取和分析细胞内 DNA。这些DNA来自活生物体或休眠生物体的完整细胞，因此可以检测到栖息在深达4.20米的极干旱土壤中的有生命力和潜在活性的微生物群落。这项发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS Nexus）上的研究，扩大了我们对干旱、盐碱和营养缺乏等极端条件下接近生命极限的地区生物多样性的了解。研究结果还对寻找其他星球上的生命有一定意义。沙漠是地球上最大、最脆弱的生态系统之一。虽然那里的条件最恶劣、最危及生命，但却孕育着微生物生命。在没有定期降雨的情况下，微生物利用矿物质和盐分等土壤成分以及大气中的气体作为能量和水分来源，成为调解养分流动的最重要生态成分。"微生物多样性和分布的研究对于充分了解微生物过程在维持沙漠生态系统生态平衡和功能性方面的核心作用至关重要，尤其是在气候变化背景下沙漠生态系统的未来发展方面。"永盖-普拉亚研究遗址：挖掘出的剖面坑和安托法加斯塔大学的实验室手推车。图片来源：L. Horstmann, GFZ智利北部 105000 平方公里的阿塔卡马沙漠被认为是世界上最干旱的炎热沙漠。因此，这里非常适合研究这种栖息地。研究人员已经对水深约一米的浅水区进行了调查。在这里，他们了解到这是一个可以抵御紫外线辐射的利基栖息地，而且这里仍有水源，微生物可以在此繁衍生息。另一方面，迄今为止只有少数研究对沙漠土壤的深层进行了分析。因此，GFZ 地球微生物学组的博士生卢卡斯-霍斯曼（Lucas Horstmann）和博士后研究员丹尼尔-利普斯（Daniel Lipus），以及该组负责人、波茨坦大学地球微生物学和地球生物学教授德克-瓦格纳（Dirk Wagner）领导的研究小组重点研究这些土壤。其他同事来自柏林工业大学和智利安托法加斯塔大学。研究人员希望测试极度干旱的阿塔卡马沙漠深层沉积物是否也能成为特殊微生物的栖息地。研究小组在安托法加斯塔东南约 60 公里处的永盖地区对土壤剖面进行了研究，分析了沿深度剖面的微生物多样性及其与土壤特性的相互作用，该深度剖面既包括台地沉积物，也包括下面的冲积扇沉积物，最深处达 4.2 米。为此，他们挖掘了一个土壤剖面，每隔 10 厘米采集一个土壤样本，深度达 3 米，然后每隔 30 厘米采集一个样本，这些样本被送往德国联邦科学研究中心的实验室进行分析。为了检测样本中的生命痕迹，科学家们使用了德克-瓦格纳（Dirk Wagner）等人在德国科学研究基金会（GFZ）开发的分子 DNA 分析新技术：使用一种特殊的提取方法，可以从样本中只过滤出细胞内 DNA，即来自完整和潜在活性细胞的 DNA。为此需要使用各种化学试剂、离心机和过滤器。瓦格纳强调说："这种方法对极端环境中微生物多样性的研究是一个重大改进，因为它有效地排除了死细胞 DNA 产生的偏差，即使由于生物量较低而达到其他方法的检测极限时，仍能提供有效数据。"通过对样本进行细胞内 DNA 提取和随后的基因测序，研究人员能够鉴定出深度达 4.2 米的潜在微生物。在上层 80 厘米处，他们主要发现了属于固着菌门的微生物，但它们的数量随着深度的增加而减少，可溶性盐的含量也随之增加。研究人员猜测，高浓度盐分和日益缺水也可能是导致微生物在沙丘沉积物下部停止定殖的原因。在这方面，他们的研究结果与之前的研究结果是一致的。然而，霍斯特曼和瓦格纳的研究小组再次在两米以下的冲积扇沉积层中发现了一个微生物群落。该群落比地表群落更加多样化，很可能与地表完全隔离。它主要由属于放线菌门的细菌组成，放线菌门是一个具有特殊成员的群体，通常存在于干燥或原始的土壤中。古剖面上部。资料来源：D. Wagner, GFZ这些微生物的存在可能与水泡石膏的存在有关，水泡石膏可溶解成无水石膏，从而提供另一种水源。本研究中观察到的生物属于可利用氢气等痕量气体作为能量来源，利用二氧化碳作为碳源进行生长的物种。第一作者卢卡斯-霍尔曼（Lucas Hormann）说："这种类型的新陈代谢被称为化学溶解自养，其他研究表明，它对有机物作为碳源极其有限的极干旱土壤非常重要。因此，对于本研究中调查的孤立的地下壁龛来说，它也可能是必不可少的。"总结与展望：令人惊叹的沙漠生物多样性及其对地外生命的影响霍斯特曼总结道："这个地下群落在两米深以下的冲积扇沉积物中茁壮成长，显示出惊人的多样性和生态稳定性，它的发现挑战了我们目前对沙漠生态系统的认识。"作者认为，该群落可能早在 1.9 万年前就已在土壤中定植，当时土壤还未被洼地沉积物掩埋，他们还假设该群落可能会继续向下延伸一段未知的距离，这代表了超干旱沙漠土壤中以前未知的深层生物圈。合著者德克-瓦格纳（Dirk Wagner）说："鉴于旱地在地球上的广泛分布，在以前未开发的地下土壤中存在潜在的碳结合群落，不仅对沙漠中的生物多样性，而且对全球范围的元素循环都有深远影响。这表明这些生境的重要性至今仍被低估。这也强调了地表下栖息地对于未来全面了解沙漠生态系统的重要性"。研究人员强调，这项研究的结果不仅对我们的地球有影响，而且也与正在进行的关于在其他行星上寻找生命的讨论有关："火星上存在类似于冲积扇沉积物中的石膏沉积物，这对天体生物学具有重大意义。这些地表下群落与阿塔卡马的石膏基质的联系可能会提供进一步的证据，证明火星上的石膏沉积不仅表明过去可能存在液态水，而且还可能成为目前微生物生命的宜居环境。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

哈佛和麻省理工学院科学家发现肠道中能破坏胆固醇的微生物

哈佛和麻省理工学院科学家发现肠道中能破坏胆固醇的微生物 研究发现，在胆固醇水平降低的人群中，有多种细菌能代谢胆固醇。肠道微生物群的变化与一系列疾病有关，如 2 型糖尿病、肥胖症和炎症性肠病。现在，麻省理工学院和哈佛大学布罗德研究所以及麻省总医院的一个研究小组发现，肠道中的微生物也可能影响心血管疾病。在发表于《细胞》（Cell）杂志的一项研究中，研究小组确定了在肠道中消耗胆固醇的特定细菌种类，它们可能有助于降低人体内的胆固醇和心脏病风险。拉姆尼克-泽维尔实验室、布罗德代谢组学平台的成员和合作者分析了弗拉明汉心脏研究（Framingham Heart Study）1400 多名参与者的代谢物和微生物基因组。研究小组发现，一种名为"颤螺旋菌"（oscillibacter）的细菌会吸收并代谢周围环境中的胆固醇，肠道中这种微生物含量较高的人胆固醇水平较低。他们还确定了这种细菌可能用来分解胆固醇的机制。这些结果表明，以特定方式操纵微生物组的干预措施有朝一日可能有助于降低人体内的胆固醇。这些发现还为更有针对性地研究微生物组的变化如何影响健康和疾病奠定了基础。泽维尔是布罗德研究所的核心成员、免疫学项目主任和传染病与微生物组项目联合主任。他还是哈佛医学院和麻省总医院的教授。泽维尔实验室的博士后研究员李晨皓和研究科学家马丁-斯特拉扎尔是这项研究的共同第一作者。在过去的十年中，其他研究人员发现了肠道微生物组的组成与心血管疾病因素之间的联系，如人的甘油三酯和餐后血糖水平。但科学家们还无法针对这些联系采取治疗措施，部分原因是他们对肠道内的代谢途径缺乏全面的了解。在这项新研究中，布罗德团队更全面、更详细地了解了肠道微生物对新陈代谢的影响。他们将枪式元基因组测序技术与代谢组学技术相结合，枪式元基因组测序技术能分析样本中所有微生物的DNA，代谢组学技术能测量数百种已知和数千种未知代谢物的水平。他们利用这些工具研究了弗雷明汉心脏研究的粪便样本。斯特拉扎尔说："项目成果强调了高质量、经过整理的患者数据的重要性。这使我们能够注意到那些非常微妙且难以测量的效果，并直接对其进行跟踪。"这种方法发现了微生物与代谢特征之间的 16000 多种关联，其中有一种关联特别强烈：与缺乏相关属种细菌的人相比，体内有几种颤螺旋菌属细菌的人胆固醇水平较低。研究人员发现，该属细菌在肠道中的数量惊人，平均每 100 个细菌中就有 1 个。研究人员随后想弄清微生物分解胆固醇的生化途径。为此，他们首先需要在实验室中培养这种生物。幸运的是，实验室多年来一直在收集粪便样本中的细菌，为此他们建立了一个独特的菌种库，其中也包括颤螺旋菌。在成功培育出这种细菌后，研究小组利用质谱法确定了细菌中胆固醇代谢最可能产生的副产品。这使他们能够确定细菌降低胆固醇水平的途径。他们发现，细菌将胆固醇转化为中间产物，然后再由其他细菌分解并排出体外。接下来，研究小组利用机器学习模型确定了负责这种生化转换的候选酶，然后在实验室中的某些颤螺旋菌中检测到了这些酶和胆固醇分解产物。研究小组发现了另一种肠道细菌 - 产粪甾醇真杆菌（Eubacterium coprostanoligenes），它也有助于降低胆固醇水平。这种细菌携带一种基因，科学家们此前已经 先前已经证明参与胆固醇代谢。在新的研究中，研究小组发现，Eubacterium 可能与Oscillibacter对胆固醇水平有协同作用，这表明，研究细菌物种组合的新实验可能有助于揭示不同微生物群落如何相互作用影响人类健康。人类肠道微生物组中的绝大多数基因仍未定性，但研究小组相信，他们在确定胆固醇代谢酶方面取得的成功，为发现受肠道微生物影响的其他类似代谢途径铺平了道路，这些代谢途径可以作为治疗靶点。"有许多临床研究试图进行粪便微生物组转移研究，但对微生物之间以及微生物与肠道之间如何相互作用却不甚了解，"李说。"我们希望先退一步，专注于一种特定的微生物或基因，我们就能系统地了解肠道生态学，并提出更好的治疗策略，比如针对一种或几种微生物进行治疗。""由于肠道微生物组中存在大量功能未知的基因，我们预测代谢功能的能力还存在差距，"他补充说。"我们的工作强调了肠道微生物可能改变其他固醇代谢途径的可能性。我们可能会有很多新发现，这些发现将使我们更接近于从机理上理解微生物是如何与宿主相互作用的。"编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新型合成微生物群落在消灭杂草的同时促进作物的健康生长

新型合成微生物群落在消灭杂草的同时促进作物的健康生长 华中农业大学的研究团队开发出了实验室培养的新型合成微生物群落（也称为 SynComs），这种群落本质上就像一个微型微生物群落，可以消灭杂草目标，同时促进作物的健康和生长。其中一种 SynCom 从杂草或小麦根瘤中分离出的细菌特别显示出了帮助行业减少除草剂使用的巨大前景。在对四种 SynComs（C1、C2、C3 和 C4）进行的温室比较研究中，C4 拔得头筹，它不仅能杀死危害小麦作物的有害稗草，还能促进谷物的健康和生长。研究小组指出："所有 SynComs 都能促进小麦生长，具体表现为土壤植物分析发育（SPAD）值和新鲜生物量的增加。与此同时，SynCom C4 与低剂量 Axial 除草剂结合使用时，可有效降低侵染杂草小金丝雀草的 SPAD 值和新鲜生物量。"在这些结果的鼓舞下，研究人员在一个连续多年遭受严重虫害的地区进行了大规模田间试验。他们试验了不同剂量的 Axial（25%、50%、75% 和 100%），发现了一个黄金区域，该区有可能显著减少用于这种主要作物的化学品。研究人员指出："C4与50%和75% Axial的组合通过减轻除草剂对小麦的副作用，显著改善了小麦的生长。杂草侵扰使50%和75% Axial剂量的谷物产量分别减少16%和25%。与单独使用 Axial 相比，将 Axial 与 C4 结合使用可挽回杂草侵扰下 22% 的谷物产量损失。""研究结果表明，除草剂与 SynComs 的组合在控制杂草和促进小麦生长方面具有协同效应，因此这种组合提供了一种可持续的生态友好型杂草控制策略"。自商业化以来，除草剂就毁誉参半，数以百计的合成化合物被广泛应用于集约农业，提高了产量，减少了人工劳动。然而，尽管除草剂被广泛用于控制破坏作物的植物，并具有促进生长的作用，但在越战期间，美国军方使用橙剂（以及紫、蓝、粉、绿和白剂）混合除草剂来去除树木叶片、破坏植被和作物后，除草剂对人类的毒性就变得非常明显了。1971 年，美国禁用了这种除草剂（比有毒杀虫剂滴滴涕早一年）。虽然美国对除草剂的使用进行了严格监管，但其使用会产生严重的连锁反应。就像人类肠道微生物群对整体健康的重要性一样，土壤中的微生物群对其维持的生命也至关重要。除草剂会减少土壤中循环养分的有机物，使这一独特的微生物群退化，从而降低作物产量。这反过来又会增加用于促进生长的化学品。不过，SynComs 也有自己的挑战，例如在释放到自然环境中时，会面临土壤中的竞争物种。随着时间的推移，合成微生物也可能因进化和横向基因转移而发生变化。(除草剂的使用也导致植物发展出抵抗反复化学攻击的机制）。在这项研究中，科学家们发现 C4 能显著促进小麦的生长，即使在没有 Axial 的情况下也是如此。在包括一种基于糖的新型除草剂、另一种来自"失败"抗生素的除草剂、甚至基于植物的泡沫等研究领域，这是一个充满希望的进展。研究人员指出："在田间条件下，即使与低剂量除草剂一起使用，C4 也能表现出理想的双重功能，既能控制小麦蚜虫，又能促进小麦生长。因此，将 SynComs 与低剂量除草剂结合使用有望成为一种可持续的环保除草策略。"这项研究发表在《土壤生态学通讯》杂志上。 ... PC版： 手机版：

冰川萎缩引发“绿色转型”：微生物正在蓬勃发展

冰川萎缩引发“绿色转型”：微生物正在蓬勃发展 来自洛桑联邦理工学院（EPFL）和查尔斯大学（Charles University）的科学家们根据"消失的冰川"（Vanishing Glaciers）项目的全球样本发现，随着冰川的缩小，山区溪流中的微生物生命也在蓬勃发展。这种"绿色过渡"导致初级生产增加，改变了当地的碳和营养循环。图片来源：EPFL/Vincent de Stark冰川注入的溪流在夏季是浑浊汹涌的洪流。大量的冰川融水搅动着岩石和沉积物，几乎没有光线可以照射到河床，而其他季节的低温和积雪则几乎没有机会让丰富的微生物群生长。但是，随着冰川在全球变暖的影响下逐渐缩小，冰川的水量也在不断减少。这意味着溪流变得更加温暖、平静和清澈，使藻类和其他微生物有机会大量繁殖，并为当地的碳和营养循环做出更大贡献。洛桑联邦理工学院河流生态系统实验室（RIVER）的全职教授汤姆-巴廷（Tom Battin）说："我们正在目睹这些生态系统中微生物组发生深刻变化的过程由于初级生产的增加，这简直就是一场'绿色转型'。"在论文中，科学家们研究了溪水中的氮和磷等营养物质，以及生活在河床沉积物中的微生物为利用这些营养物质而产生的酶。然后，他们观察了由大小不一的冰川提供水源的巨大梯度溪流中这两种营养物质的变化。"冰川哺育的溪流生态系统通常拥有有限的碳和营养物质，尤其是磷，"前 RIVER 博士后、本文第一作者泰勒-科勒（Tyler Kohler）解释说。"随着冰川的萎缩，藻类和其他微生物对磷的需求增加，高山溪流中磷的限制可能会越来越多"。因此，磷作为生命的重要组成部分，在下游生态系统（包括较大的河流和湖泊）中将变得更加稀缺，对其食物网的影响尚不可知。2023 年 8 月，"消失的冰川"项目的科学家在《皇家学会开放科学》上发表了一篇论文，支持上述发现。在这项研究中，作者分析了乌干达鲁文佐里山脉一条由冰川提供水源的小溪的微生物群。在这里，营养物质和酶的组成也大不相同，藻类非常丰富。巴廷说："鲁文佐里冰川发生的变化让我们看到了瑞士冰川注入的溪流在30年或50年后的样子。这种变化的一个结果是，随着冰川注入的溪流接纳更多的微生物生命，它们将在二氧化碳通量等生物地球化学循环中发挥更大的作用。"RIVER 团队计划在此基础上继续开展研究。他们正在对冰川溪流中的微生物生物多样性进行普查，并利用各种基因组信息，探索多样化的微生物是如何在地球上最极端的淡水生态系统中生存的。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

中国科学家发现让茶叶口感更佳的秘密

中国科学家发现让茶叶口感更佳的秘密 研究表明，茶叶的品质不仅取决于茶树的品种，还取决于茶树根部的微生物，改变这些微生物群落可以提高氨基酸含量，从而显著改善茶叶品质。"通过微生物组学研究，我们在不同品质的茶树根部发现了微生物群落的显著差异，尤其是与氮代谢相关的微生物，"中国福建农林大学的许通达说。"最关键的是，通过从优质茶树根系中分离和组装合成微生物群落，我们成功地显著提高了不同茶树品种的氨基酸含量，从而改善了茶叶品质"。这张照片显示的是中国福建武夷山的茶山茶叶栽培的挑战和微生物解决方案中国拥有丰富的茶树遗传资源。但是，研究人员解释说，通过分子遗传育种方法提高茶叶品质具有挑战性。人们有兴趣寻找其他方法来改造和提高茶叶品质，或许包括使用微生物制剂。早先的研究表明，生活在植物根部的土壤微生物会影响植物吸收和利用养分的方式。在新的研究中，研究人员希望进一步了解根部微生物对茶叶品质的具体影响。他们发现，茶叶根部的微生物会影响其对氨的吸收，进而影响茶氨酸的产生，而茶氨酸是决定茶叶口感的关键。他们还发现，不同茶叶中定植的微生物存在差异。通过比较茶氨酸含量不同的茶叶品种，他们确定了一组微生物，这些微生物有望改变氮代谢，提高茶氨酸的含量。接下来，他们构建了一个被称为"SynCom"的合成微生物群落，该群落与一种名为"Rougui"的高丙氨酸茶叶品种的微生物群落非常相似。当他们将 SynCom 应用于茶叶根部时，发现它提高了茶氨酸的水平。这种微生物还能让拟南芥这种常用于基础生物学研究的植物更好地耐受低氮条件。对农业的广泛影响该研究的合著者唐文新说："人们最初对从优质茶树根部提取的合成微生物群落的期望是提高劣质茶树的品质。然而，我们惊讶地发现，合成微生物群落不仅能提高低品质茶树的品质，还能对某些高品质茶叶品种产生显著的促进作用。而且，这种效果在低氮土壤条件下尤为明显"。这张照片显示的是中国福建武夷山的茶山研究结果表明，合成微生物群落可以改善茶叶的品质，尤其是在缺氮的土壤条件下生长的茶叶。由于茶树需要大量的氮，这一发现有助于减少化肥的使用，同时提高茶树的品质。这些发现可能会对更广泛的农作物产生重要影响。"根据我们目前的实验结果，加入 SynCom21 微生物群落不仅改善了不同茶叶品种对铵态氮的吸收，还增强了拟南芥对铵态氮的吸收，"许说。"这表明，SynCom21的铵态氮吸收促进功能可能适用于各种植物，包括其他作物。"例如，它可以培育出品质更好的水稻，包括蛋白质含量更高的水稻。他们现在计划进一步优化 SynCom，并评估其在田间试验中的应用。他们还希望进一步了解根部微生物如何影响茶树的其他次生代谢物。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

研究人员发现珊瑚中抵御气候变化的微生物卫士

研究人员发现珊瑚中抵御气候变化的微生物卫士 他们发现，珊瑚微生物组（生活在珊瑚中的多种微生物）中某些原生生物的丰度可以让科学家了解珊瑚是否能在热应力下存活下来。这些发现对全球珊瑚具有重要意义，因为它们面临着更频繁的海洋变暖事件，尤其是那些没有动物贝壳的珊瑚。资料来源：迈阿密大学罗森斯蒂尔海洋、大气和地球科学学院该研究的资深作者哈维尔-德尔坎波（Javier del Campo），罗森斯蒂尔学院（Rosenstiel School）的兼职助理教授，也是西班牙国家研究委员会（CSIC）和庞培法布拉大学（UPF）联合中心IBE的首席研究员介绍说："由于气候变化，珊瑚面临越来越多的热应激事件，更好地了解可能影响生存能力的所有微生物，可以为保护工作者提供信息，让他们知道应该优先对哪些珊瑚进行干预。"为了开展这项研究，国际研究小组从地中海各地收集了珊瑚样本，分析它们的微生物组，并进行了热应力实验。他们对两种 rRNA 进行了扩增和测序，以观察一种软珊瑚紫罗兰色海鞭（Paramuricea clavata），一种微生物群中的细菌和原生生物，然后在实验室中对它们进行自然热应力实验，以检测死亡迹象。紫罗兰色海鞭（Paramuricea clavata）是地中海温带珊瑚礁的重要组成部分，目前正受到与全球变暖有关的大规模死亡事件的威胁。图片来源：Parent GéryParamuricea clavata是地中海温带珊瑚礁的重要建筑师，目前正受到与全球变暖有关的大规模死亡事件的威胁。他们发现，一类名为"Syndiniales"的寄生性单细胞原生动物在热应力下存活的珊瑚中更为常见，而一类与导致人类疟疾的寄生虫密切相关的原生动物"Corallicolids"在热应力下死亡的珊瑚中更为常见。据研究人员称，原生生物或单细胞真核生物在大多数宿主生物中的研究少于细菌，但它们可能对珊瑚宿主的健康产生重大影响。德尔坎波说："微生物组是珊瑚宿主健康的重要组成部分，我们应该研究其中从细菌到原生动物的所有成员。"这项研究最近发表在《环境微生物学》杂志上。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：