表层土壤中的微生物可能表明地下存在钻石

表层土壤中的微生物可能表明地下存在钻石一块金伯利岩矿石中的钻石原石考虑到这一事实，加拿大不列颠哥伦比亚大学的科学家开始将一种被称为金伯利岩的岩石样本添加到各种土壤微生物种群中。金伯利岩矿石是世界上最常见的钻石基质。在了解哪些微生物物种繁盛、哪些微生物物种消亡后，研究人员留下了金伯利岩的“生物土壤指纹”。研究小组随后分析了从加拿大西北地区的一个勘探地点获得的土壤样本，该地点已经通过钻探证实了金伯利岩的存在。根据土壤中的微生物DNA，发现样本中存在指纹的65个指示物种中的59个。一些以前未识别的物种也大量存在，因此添加它们以创建新的和改进的指纹。然后将该指纹与从怀疑存在金伯利岩的第二个地点获得的微生物指纹进行比较。通过进行此类比较，科学家们成功地找到了位于地表以下约150米（492英尺）处的金伯利岩矿床。事实上，该技术被证明比常用的地球化学分析（测试土壤中的化学元素）的现有方法更可靠。重要的是，人们相信，一旦该技术进一步发展，它可以用来寻找其他类型的矿石。事实证明，它已经成功地定位了广泛用于电池的斑岩铜矿。“这是令人兴奋的，因为这是人们越来越认识到在采矿的每个阶段使用微生物的潜力的一部分，从寻找矿物到加工它们，再到将矿场恢复到自然状态，”团队成员肖恩·克罗博士说。“目前，微生物DNA测序需要特定的专业知识，并且成本与其他矿物勘探技术相当，但这可能会随着行业采用而改变。”有关这项研究的论文最近发表在《自然·通讯·地球与环境》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392061.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392061.htm

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性

科学家正利用土壤微生物的DNA帮助提高气候模型的准确性微生物模型利用广泛的基因组数据为土壤碳模拟提供动力。图片来源：VictorO.Leshyk插图这个新模型使科学家们能够更好地了解某些土壤微生物如何有效地储存植物根系提供的碳，并为农业战略提供信息，以保护土壤中的碳，支持植物生长和减缓气候变化。"我们的研究证明了直接从土壤中收集微生物遗传信息的优势。在此之前，我们只掌握了实验室研究的少数微生物的信息，"论文第一作者、伯克利实验室博士后研究员吉安娜-马施曼（GiannaMarschmann）说。"有了基因组信息，我们就能建立更好的模型，预测各种植物类型、作物甚至特定栽培品种如何与土壤微生物合作，更好地捕集碳。同时，这种合作还能增强土壤健康"。最近发表在《自然-微生物学》杂志上的一篇新论文介绍了这项研究。论文的通讯作者是伯克利实验室的EoinBrodie和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的JenniferPett-Ridge，后者领导着"微生物持久存在"土壤微生物组科学重点领域项目，该项目由能源部科学办公室资助，以支持这项工作。看见看不见的东西-微生物对土壤健康和碳的影响土壤微生物帮助植物获取土壤养分，抵抗干旱、疾病和虫害。它们对碳循环的影响在气候模型中的体现尤为重要，因为它们会影响土壤中储存的碳量或在分解过程中以二氧化碳形式释放到大气中的碳量。通过利用这些碳构建自己的身体，微生物可以将碳稳定（或储存）在土壤中，并影响碳在地下的储存量和储存时间。这些功能与农业和气候的相关性正受到前所未有的关注。然而，仅一克土壤中就含有多达100亿个微生物和数千个不同物种，绝大多数微生物从未在实验室中被研究过。直到最近，科学家们才从实验室研究的极少数微生物中获得数据，为这些模型提供依据，其中许多微生物与需要在气候模型中体现的微生物无关。Brodie解释说："这就好比根据只生长在热带森林中的植物所提供的信息，为沙漠建立生态系统模型。"为了应对这一挑战，科学家团队直接利用基因组信息建立了一个模型，该模型能够适应任何需要研究的生态系统，从加利福尼亚的草原到北极解冻的永久冻土。该模型利用基因组深入了解土壤微生物的功能，研究小组将这种方法用于研究加利福尼亚牧场中植物与微生物组之间的相互作用。牧场在加州具有重要的经济和生态意义，占陆地面积的40%以上。研究重点是生活在植物根部周围的微生物（称为根圈）。这是一个重要的研究环境，因为尽管根区只占地球土壤体积的1-2%，但据估计，根区储存了地球土壤中30-40%的碳，其中大部分碳是由根系在生长过程中释放出来的。为了建立这个模型，科学家们利用加州大学霍普兰研究与推广中心提供的数据，模拟了微生物在根部环境中的生长情况。不过，这种方法并不局限于特定的生态系统。由于某些遗传信息与特定的性状相对应，就像人类一样，基因组（模型所基于的）与微生物性状之间的关系可以转移到世界各地的微生物和生态系统中。研究小组开发了一种新方法来预测微生物的重要性状，这些性状会影响微生物利用植物根系提供的碳和养分的速度。研究人员利用该模型证明，随着植物的生长和碳的释放，由于根系化学和微生物性状之间的相互作用，会出现不同的微生物生长策略。特别是，他们发现，生长速度较慢的微生物在植物生长后期会受到碳释放类型的青睐，而且它们在利用碳方面的效率出奇地高--这使它们能够在土壤中储存更多的这种关键元素。这一新的观测结果为改进模型中根系与微生物之间的相互作用提供了依据，并提高了预测微生物如何影响气候模型中全球碳循环变化的能力。"这些新发现对农业和土壤健康具有重要意义。通过我们正在建立的模型，我们越来越有可能利用对碳如何在土壤中循环的新认识。这反过来又为我们提供了可能性，使我们能够提出保护土壤中宝贵的碳的策略，从而在可行的范围内支持生物多样性和植物生长，以衡量其影响，"马施曼说。这项研究强调了利用基于遗传信息的建模方法来预测微生物性状的威力，有助于揭示土壤微生物组及其对环境的影响。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1420579.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1420579.htm

地球的"活皮肤" - 生物土壤结皮受到气候变化的威胁

地球的"活皮肤"-生物土壤结皮受到气候变化的威胁共焦扫描激光显微镜拍摄的生物簇截面图。土壤颗粒呈现出深浅不一的灰色，而蓝藻丝束（荧光红色）则位于土壤颗粒之间。资料来源：宾夕法尼亚州立大学研究人员最近在《微生物学前沿》（FrontiersofMicrobiology）杂志上发表了他们的研究成果。研究小组负责人、宾夕法尼亚州立大学土壤与环境微生物学助理教授埃斯特尔-库拉多（EstelleCouradeau）说："生物簇目前覆盖了地球陆地表面约12%的面积，由于气候变化和土地使用的加剧，我们预计它们将在65年内减少约25%到40%。我们希望这项工作能为了解支持生物结壳抵御快速变化的气候模式和更频繁干旱的微生物功能铺平道路。"生物土壤板结是生物的集合体，在土壤中形成一个常年、组织良好的表层。它们分布广泛，遍布各大洲，只要缺水限制了普通植物的生长，让光照进入裸露的土壤，它们就会出现。但仍有足够的水支持微生物的生长，这些微生物提供宝贵的生态系统服务，如从空气中吸收碳和氮并将其固定在土壤中、循环利用养分以及将土壤颗粒固定在一起，从而有助于防止尘土飞扬。宾夕法尼亚州立大学研究生瑞安-特雷克斯勒（RyanTrexler）从野外采集生物菌核，然后带回实验室进行研究。图片来源：宾夕法尼亚州立大学Couradeau认为，这种土壤稳定功能非常重要，它能使土壤凝结成块，不会分解成灰尘，从而减少水土流失。她的研究小组现在宾夕法尼亚州立大学农业科学学院工作，十年来一直在深入研究生物簇。她说："大多数灰尘都是在旱地产生的，而研究表明，旱地中生物簇的存在大大减少了原本会进入大气层的灰尘量。我们认为，失去生物壳会导致全球尘埃排放量和沉积量增加5%到15%，这将影响气候、环境和人类健康。"在存在生物簇的半干旱地区，生物--微小的苔藓、地衣、绿藻、蓝藻、其他细菌和真菌--可能一年只经历几次雨雪天气，带头进行这项研究的生态学和生物地球化学跨学院研究生学位项目的博士候选人瑞安-特雷克斯勒解释说。他说："土壤干燥时，土壤中的微生物大多处于休眠状态，不会做什么。但是，一旦它们感知到水，就会在几秒到几分钟内迅速复苏。它们会积极制造叶绿素，固定碳和氮，直到土壤再次干燥--然后微生物再次休眠。每次下雨，它们都会经历活动周期。"犹他州摩押附近科罗拉多高原的景色，秋季降雨后，土壤湿润，足以激活微生物，因此在这里采集了生物簇样本。资料来源：宾夕法尼亚州立大学为了研究生物簇，研究人员从犹他州摩押附近科罗拉多高原上三块未受干扰、以蓝藻为主的生物簇中采集了样本。生物簇样本是在秋季降雨后采集的，雨水充分湿润了土壤，从而激活了微生物。样本随后被烘干并保存在黑暗中，然后在研究后期重新浸湿。特雷克斯勒说："我们取样的地方被称为'寒冷沙漠'，因为那里非常干旱，但冬天有时会下雪。因此，那里不像其他许多干旱地区那样炎热，但植物仍然无法在那里生长，因为没有足够的水。因此，我们在该地土壤中发现的唯一群落就是微生物。"为了确定哪些微生物活跃在土壤群落中，研究人员将生物正交非规范氨基酸标记（称为BONCAT）与荧光激活细胞分选相结合。BONCAT是在群落和整个生物体内追踪单细胞蛋白质合成的强大工具，而荧光激活细胞分拣则根据细胞是否正在产生新蛋白质对其进行分拣。研究人员将这些过程与霰弹枪元基因组测序结合起来，从而对生物簇样本中所有生物的所有基因进行了全面采样。他们利用这种方法，对生物簇群落中的活性和非活性微生物的多样性和潜在功能能力进行了剖析。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1376789.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1376789.htm

揭开亚马逊地区脚下的秘密：古老的土壤如何促进全球的森林恢复

揭开亚马逊地区脚下的秘密：古老的土壤如何促进全球的森林恢复现在，来自巴西的科学家表明，ADE可以成为促进重新造林的"秘密武器"--不仅是在亚马逊地区，那里自20世纪70年代以来已经损失了18%或大约78万平方公里--而且在全世界。这些结果发表在《土壤科学前沿》杂志上。联合第一作者、巴西圣保罗大学农业核能中心的研究生LuísFelipeZagatto说："这里我们表明，由于ADE的高营养水平，以及土壤微生物群落中有益细菌和古细菌的存在，使用ADE可以促进牧草和树木的生长。这意味着关于使ADE非常肥沃的'成分'的知识可以应用于帮助加速生态恢复项目"。Cedrelafissilis的最终花瓶显示了不同土壤的生长差异。从左到右：100%ADE，20%ADE，控制土壤。资料来源：LuísFelipeGuandalinZagatto模仿重新造林的缩影研究人员进行了受控实验，以模仿生态演替和土壤的变化，这些变化发生在被砍伐地区的牧场被积极恢复为森林的时候。他们的目的是研究ADEs，或者最终微生物组被人为地组成以模仿它们的土壤，如何能够促进这一过程。Zagatto及其同事从巴西亚马逊州的Caldeirão实验研究站采集了ADE样本，并将圣保罗州的LuizdeQueiróz高级农业学校的农业土壤作为对照。他们在一个平均温度为34ºC的温室内，将36个4升的花盆装满了3公斤的土壤，以预期全球变暖，超过亚马逊地区目前22至28ºC的温度。深裂号角树花瓶实验显示出生长的差异取决于土壤。从左到右：100%ADE,20%ADE,控制土壤。资料来源：LuísFelipeGuandalinZagatto三分之一的花盆只接受对照土壤，另三分之一是对照土壤和ADE的4:1混合物，还有三分之一是100%ADE。为了模仿牧场，他们在每个花盆中种植了巴西常见的牲畜饲料棕榈草（Urochloabrizantha）的种子，让其幼苗生长60天。然后他们把草割掉，只让它的根留在土壤里--这就是微缩版的重新造林的处女地。然后，研究人员在这三种土壤中的每一种都重新种上了树的种子：或者种上入侵物种Ambaypumpwood（Cecropiapachystachya），或者种上Peltophorumdubium以及cedroblanco（Cedrelafissilis）。让种子发芽，幼苗生长90天，然后测量其高度、干重和根系的延伸。在实验过程中，科学家们量化了土壤的pH值、质地和有机物、钾、钙、镁、铝、硫、硼、铜、铁和锌的浓度变化。通过分子方法，他们还测量了土壤中微生物多样性的变化。劈裂洋椿的花瓶实验显示出生长的差异取决于土壤。从左到右：100%ADE，20%ADE，控制土壤。资料来源：LuísFelipeGuandalinZagatto丰富的营养物质和有益的微生物在开始时，ADE显示出比对照土壤更多的营养物质：例如，30倍的磷和3到5倍的其他测量营养物质，除了锰。ADE还具有更高的pH值，含有更多的沙子和淤泥，但粘土较少。实验结束后，土壤中的养分含量比开始时少，反映了植物的吸收情况，但100%ADE土壤的养分含量仍然比对照土壤丰富，而20%ADE土壤的养分含量处于中间水平。在整个实验过程中，20%或100%ADE土壤比对照土壤支持更多的细菌和古细菌的生物多样性。"微生物将化学土壤颗粒转化为可被植物吸收的营养物质。"联合第一作者安德森-桑托斯-德-弗雷塔斯说："我们的数据显示，ADE含有的微生物更擅长这种土壤转化，从而为植物发展提供更多的资源。例如，ADE土壤含有更多有益的细菌家族Paenibacillaceae、Planococcaceae、Micromonosporaceae和Hyphomicroblaceae的分类群"。生长得到促进研究结果还显示，在土壤中添加ADE可以改善植物的生长和发育。例如，与对照土壤相比，棕榈草的干质量在20%ADE中增加了3.4倍，在100%ADE中增加了8.1倍。ADE的添加也促进了三种树种的生长：与对照土壤相比，在20%ADE中，白雪松和P.dubium的幼苗分别高了2.1和5.2倍，在100%ADE中分别高了3.2和6.3倍。深裂号角树在对照土壤或20%ADE中甚至没有生长，但在100%ADE中却很茁壮。研究人员得出结论，ADE可以促进植物生长。他们写道："我们的数据表明，土壤养分和适应性微生物的混合物[在ADE中]可以改善植物树木在修复中的建立。"高级作者、同一研究所的教授SiuMuiTsai博士告诫说："ADE经过数千年的积累，如果使用，也需要同样的时间在自然界中再生。我们的建议不是利用ADE本身，而是复制其特征，特别是其微生物，以用于未来的生态恢复项目"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358477.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358477.htm

隐藏在地壳深处的古代生命氧气来源被发现

隐藏在地壳深处的古代生命氧气来源被发现纽卡斯尔大学的科学家们在地壳深处发现了一个氧气来源，它可能在光合作用出现之前影响了生命的进化。这个开创性的研究项目发现了一种机制，可以在地质断层的运动中从岩石中产生过氧化氢。这项研究由纽卡斯尔大学自然与环境科学学院领导，今天（8月8日）发表在《自然通讯》杂志上。虽然高浓度的过氧化氢可能对生命有害，但它也可以为微生物分解出有用的氧气来源。这种额外的氧气来源可能影响了早期地球上在光合作用进化之前的高温环境中的生命的早期进化，甚至可能是起源。地表下岩石压裂的条件研究人员能够利用实验室中的小瓶模拟出地下岩石断裂的一些关键条件。代表海洋和大陆地壳的岩石在氮气下被粉碎，加入无氧水中，然后被加热。资料来源：JonTelling/JordanStone/纽卡斯尔大学在构造活跃的地区，地壳的运动不仅产生地震，而且使地表下充满了裂缝和断裂。这些裂缝内有高度反应性的岩石表面，含有许多不整齐的地方，水可以从裂缝处向下过滤，并与新断裂的岩石上的这些缺陷发生反应。硕士生JordanStone在实验室里通过粉碎花岗岩、玄武岩和橄榄岩来模拟这些条件--这些岩石类型可能存在于早期地壳中。然后在良好控制的无氧条件下，将这些岩石添加到不同温度的水中。生命和氧气的历史该研究调查了与地质断层有关的活性氧的来源；在蓝细菌为地球大气提供氧气之前，这是一个潜在的氧气来源。这种活性氧可能在生命从无氧世界进化到有氧世界的过程中发挥了作用，并在生命起源之前对地下裂缝的生物化学做出了贡献。资料来源：JonTelling/JordanStone/纽卡斯尔大学实验显示，大量的过氧化氢--以及因此可能产生的氧气--只有在接近水的沸点的温度下才会产生。重要的是，过氧化氢形成的温度与地球上一些最喜欢热的微生物的生长范围相重叠，这些微生物被称为嗜热菌，包括靠近宇宙生命树根部的进化的古代用氧微生物。作为环境地球科学研究硕士的一部分进行这项研究的主要作者JordanStone说。"虽然以前的研究表明，少量的过氧化氢和其他氧化剂可以通过在没有氧气的情况下对岩石的压力或粉碎而形成，但这是第一个表明高温在最大限度地生成过氧化氢方面至关重要的研究。"主要作者JordanStone在英国纽卡斯尔大学环境地球科学硕士课程中进行了这项研究，他设置了其中一个实验。信用：JonTelling/JordanStone/纽卡斯尔大学首席研究员、高级讲师JonTelling博士补充说："这项研究表明，碎石和矿物上的缺陷与你所期望的更'完美'的矿物表面的反应方式可能非常不同。所有这些机械化学反应需要产生过氧化氢，从而产生氧气，是水、破碎的岩石和高温，这些在光合作用演化之前都存在于早期地球上，并且可能影响到热的、地震活跃地区的化学和微生物学，在那里生命可能首先演化。"...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1302043.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1302043.htm

大自然的岔路口：土壤的碳捕获困境

大自然的岔路口：土壤的碳捕获困境研究人员确定了决定土壤是捕获碳还是以二氧化碳形式释放碳的关键因素，突出了分子相互作用和土壤化学的作用，可能有助于减缓气候变化的努力。Smectite粘土（如图所示）含有已知能在天然土壤中固碳的粘土矿物。资料来源：FrancescoUngaro通过结合实验室实验和分子建模，研究人员研究了有机碳生物分子与一种以捕获土壤中有机物而闻名的粘土矿物之间的相互作用。他们发现，静电荷、碳分子的结构特征、土壤中周围的金属养分以及分子间的竞争都对土壤捕集碳的能力（或无能）起着重要作用。新发现可以帮助研究人员预测哪些土壤化学成分最有利于捕获碳，从而有可能找到基于土壤的减缓人类造成的气候变化的解决方案。这项研究最近发表在《美国国家科学院院刊》上。该研究的资深作者、西北大学的LudmillaAristilde说："土壤中储存的有机碳约为大气中碳含量的十倍。如果这个巨大的储存库受到干扰，将会产生巨大的连锁反应。目前有很多人在努力将碳封存起来，以防止它进入大气层。如果我们想这样做，那么我们首先必须了解其中的机制。"作为环境过程中有机物动力学方面的专家，Aristilde是西北大学麦考密克工程学院土木与环境工程副教授。王家兴是Aristilde实验室的博士生，也是论文的第一作者。西北大学本科生RebeccaWilson是论文的第二作者。普通粘土土壤固碳量达25000亿吨，是地球上最大的碳汇之一，仅次于海洋。尽管土壤就在我们身边，但研究人员才刚刚开始了解它是如何从碳循环中锁碳固碳的。为了研究这一过程，阿里斯蒂尔德和她的团队研究了埃米土，这是一种已知能在天然土壤中固碳的粘土矿物。然后，他们研究了粘土矿物的表面如何与十种不同的生物大分子结合，其中包括氨基酸、与纤维素有关的糖和与木质素有关的酚酸，它们的化学性质和结构各不相同。"我们决定研究这种粘土矿物，因为它无处不在，"Aristilde说。"几乎所有土壤都含有粘土矿物。而且，粘土普遍存在于半干旱和温带气候地区--我们知道这些地区将受到气候变化的影响。"异性相吸阿里斯蒂尔德和她的团队首先研究了粘土矿物与单个生物分子之间的相互作用。由于粘土矿物带负电荷，带正电荷的生物分子（赖氨酸、组氨酸和苏氨酸）的结合力最强。但有趣的是，这种结合并非完全由静电荷决定。研究人员利用三维计算模型发现，生物分子的结构也发挥了作用。他说："在有些情况下，两个分子都带正电，但其中一个分子与粘土的相互作用比另一个更好。这是因为结合的结构特征也很重要。分子必须足够灵活，能够采用一种结构排列方式，使其带正电荷的成分与粘土对齐。例如，赖氨酸有一个带正电荷的长臂，可以用来固定自己。"朋友的帮助按照这种逻辑，人们可能会认为带负电荷的生物分子无法与粘土结合。但阿里斯蒂尔德和她的团队发现，周围的天然金属养分可以介入其中。带正电荷的金属（如镁和钙）在带负电荷的生物分子和粘土矿物之间架起了一座桥梁，形成了一种结合。即使是通常不会与粘土结合的生物分子，当镁存在时，也能够看到其结合率显著提高。因此，土壤中的天然金属成分可以促进碳捕集。虽然这是一个广泛报道的现象，但研究人员揭示了其结构和机制。混合与交融在研究单个生物分子与粘土矿物之间的相互作用时，研究人员发现结合是可预测和直接的。为了获得更接近真实世界环境的信息，阿里斯蒂尔德和她的团队将不同的生物分子混合在一起。"我们知道，环境中不同类型的生物分子是共存的，"阿里斯蒂尔德说。"因此，我们还进行了生物分子混合物的实验。虽然研究人员最初认为生物分子会相互竞争与粘土相互作用，但他们却发现了意想不到的行为。一个令人惊讶的转折是，即使是具有柔性结构的带正电荷的生物大分子也会受到抑制，无法与粘土矿物结合。虽然它们在单独存在时很容易与粘土结合，但生物大分子相互结合的冲动似乎取代了它们对粘土的吸引力。这在以前是没有过的。两种生物分子之间的吸引能量实际上高于生物分子对粘土的吸引能量。这导致吸附力下降。这改变了我们对分子如何在表面上竞争的看法。它们不仅仅是在争夺表面的结合位点。它们实际上可以相互吸引。下一步行动接下来，阿里斯蒂尔德和她的团队计划研究在包括热带气候在内的温暖地区发现的土壤中，生物分子是如何与矿物质相互作用的。在另一个相关项目中，他们的目标是探索有机物如何在河流和其他水系中迁移。阿里斯蒂尔德说："既然我们已经研究了主要存在于温带地区的粘土矿物，我们就想了解其他类型的矿物。它们是如何捕获有机物的？过程是相同还是不同？如果我们想让碳继续留在土壤中，那么我们就需要了解它们是如何组合的，以及这种组合是如何影响微生物的可及性的。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1421805.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1421805.htm