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科大首次破解深海海底熱泉神盾螺共生體基因組 揭秘地球極端環境的生存策略

本站小编 免费考研网/2022-02-01

由香港科技大學海洋科學系系主任及講座教授暨捷成David von Hansemann 理學教授錢培元領導的研究團隊,於《自然· 通訊》期刊發表了有關海底熱泉一種無脊椎動物—神盾螺共生體運作機制的最新研究成果。 該研究不僅發現神盾螺食道腺(消化系統)中同時存在硫氧化細菌和甲烷氧化細菌兩種共生菌,更首次破解這兩種共生菌及宿主神盾螺的基因組,揭示了共生體利用化學能量生產營養物質的過程以及適應極端環境的分子機制,為地球生命的起源提供了新的啟示。

A large quantity of Gigantopelta aegis snails living in ‘Tiamat’ chimney in the Longqi vent field on the Southwest Indian Ridge
西南印度洋脊的龍旂海底熱泉Tiamat煙囪體住著大量的神盾螺

海底熱泉具有極高靜水壓且黑暗無光,熱泉噴口所噴出經地熱加熱過的水,高達幾百攝氏度,其中還包含很多有毒的重金屬元素和化學物質,是一個典型、獨特且極端的生態環境。熱泉噴口的形成與海底岩漿的活動有關。一直以來,關於地球生命的起源有多種假說,其中較主流的為生命起源自深海的海底熱泉。海底熱泉與地球上絕大部分依靠植物光合作用的生態系統不同,化能合成細菌是這個生態系統的初級生產者,通過利用化學物質的化學能量轉換成有機物,從而孕育了海底熱泉生態系統中豐富而獨特的生物和基因資源。然而,這些生物如何適應海底熱泉這個極端環境卻一直是未解之謎。

Prof. QIAN (middle) visited the Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) in 2015.  Dr. SUN Jin (second right) from HKUST and Dr. CHEN Chong from JAMSTEC (first left) have also contributed to the research
錢培元教授(中)2015年到日本海洋研究開發機構(JAMSTEC)進行學術訪問。科大的孫進博士(右二)及JAMSTEC的陳充博士(左一)亦有參與此項研究

2019年4月和5月,錢培元教授團隊在西南印度洋的龍旂海底熱泉,利用無人潛航器進行了深潛作業,對由中國首次發現並命名的龍旂海底熱泉進行科學考察,下潛深度約2800米。在龍旂海底熱泉,生活著一種群體龐大的物種神盾螺,因其足部有一片類似盾牌的殼片而得名。該團隊發現,在神盾螺食道腺細胞內存在兩種形態不同的內共生細菌,分別為硫氧化細菌和甲烷氧化細菌。

Stock photo of Prof. QIAN Peiyuan (third right, first row), his postdoctoral fellow Dr. LAN Yi (second right, first row) and other members of the research team
資料圖片﹕錢培元教授(前排右三)、蘭奕博士(前排右二)以及其他研究團隊成員

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