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官网测速细菌脂质可能是进入地质历史的窗口

来源:未知 |最近更新: 2020-03-31
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细菌脂质可能是进入地质历史的窗口

细菌中新发现的基因可以帮助微生物在低氧环境中生存

带有该基因的细菌细胞(左)具有保护膜

没有该基因的细胞,不会产生任何膜

麻省理工学院科学家最新发表的一项研究描述了他们的细菌基因发现,该基因可能解释了深水地平线漏油事件中以甲烷为食的细菌的突然涌入,以及由此产生的细菌脂质可能有助于确定地质过程中氧气水平的剧烈变化

历史

在2010年deepwater horizo??n溢油事故发生后的几天里,以甲烷为食的细菌在墨西哥湾绽放,以甲烷和石油一起从受损井中喷涌而来

微生物的突然涌入是出于科学的好奇心:在漏油之前,科学家们观察到该地区食甲烷微生物的迹象相对较少

现在,麻省理工学院的研究人员发现了一种细菌基因,可以解释这种以甲烷为食的细菌突然涌入的现象

该基因使细菌能够在极端缺氧的环境中生存,处于休眠状态,直到漏油产生的甲烷等食物以及代谢所需的氧气得以获取为止

该基因编码一种名为hpnr的蛋白质,该蛋白质负责产生称为3-甲基类黄酮的细菌脂质

研究人员说,产生这些脂质可能会更好地准备营养不足的微生物,以便在有利的条件下(例如在deepwater horizo??n事故发生后)在自然环境中突然出现

由hpnr蛋白产生的脂质也可以用作生物标记或岩层中的标记,以识别地质历史过程中氧气含量的急剧变化

麻省理工学院地球,大气与行星科学系(eaps)博士后paula welander表示,令我们感兴趣的是,这可能是了解地质历史的窗口

在几百万年前的地质记录中,我们看到了许多大灭绝事件,其中也有海洋中氧耗竭的证据

在这些关键事件以及之后的事件中,我们还看到所有这些生物标志物以及气候干扰指标的增加

它似乎是变暖,海洋脱氧和生物灭绝综合症的一部分

最终原因未知

welander和eaps教授roger summons本周在美国国家科学院院刊上发表了他们的研究结果

在岩石上的标志

从古老的单细胞生物痕迹到最近的脊椎动物化石,地球的岩石层保留着生命进化的残余

地质学家用来鉴定生命最早形式的主要生物标记物之一是一类脂质,称为类胡萝卜素,其坚固的分子结构已将它们保存在沉积物中数十亿年

在现代细菌中也已经发现类胡,数十亿年前研究古岩石中脂质的地质学家已将它们用作存在类似细菌的迹象

但是韦兰德说,类胡桃可以用来识别更多的生命形式:分子化石可能是环境现象的生物标志物,例如低氧时期

为了检验她的理论,韦兰德检查了一种现代细菌菌株,称为荚膜甲基球菌(methylococc官网测速us cysttus),这是一种广泛研究的生物,最初从英格兰巴斯的一座古罗马澡堂中分离出来

这种生物还生活在氧气不足的环境中,例如深海喷口和火山泥中,由于其有效消耗大量甲烷的能力而引起了科学家的兴趣,这可能有助于生物修复和生物燃料的开发

对于welander和summons来说,荚膜分枝杆菌的结构特别有趣:该生物体包含一种类霍邦类,其五环分子结构包含c-3甲基化

地质学家发现,即使古代生物中的其他生物都消失了,环状结构中的这种甲基化在古代岩石中也保存得特别好

韦兰德仔细研究了细菌的基因组并鉴定出hpnr,该基因编码hpnr蛋白,该蛋白与c-3甲基化特别相关

她设计了一种删除基因的方法,从而创建了一个突变菌株

然后,welander和summons培育了这种突变菌株的培养物,以及野生的,未改变的细菌的培养物

该小组在两周的时间内将两种菌株都暴露于低水平的氧气和高水平的甲烷中,以模拟贫氧的环境

在第一周期间,两组之间几乎没有差异,两组均消耗甲烷并以大约相同的速率增长

然而,在第14天,研究人员观察到野生菌株开始超出突变细菌的生长

当韦兰德将hpnr基因重新添加到突变细菌中时,她发现它们最终会反弹到与野生菌株匹配的水平

只是为了生存而生存

什么可以解释生存率的巨大差异?为了回答这个问题,研究小组使用电子显微镜检查了突变细菌和野生细菌中的细胞结构

他们发现了一个明显的区别:虽然野生型充满正常的膜和液泡,但突变株却没有

韦兰德说,缺少的膜是脂质功能的线索

她和summons认为hpnr基因可以保留细菌的细胞膜,在营养物质耗尽的时候可以增强微生物

welander说,您拥有这些社区,只是在生存中力所能及

然后,当它们受到氧气或甲烷的冲击时,它们会很快拾起

他们真的准备好利用这种东西

welander说,从地质学的角度来看,结果尤其令人兴奋

如果3-甲基类胡萝卜素确实确实官网测速允许细菌在低氧时期生存,那么岩石记录中相关脂质的峰值可能表明地球历史上的氧气急剧减少,从而使地质学家能够更好地了解大规模灭绝或大洋洋时期死了

韦兰德说,最初的目标是使它成为地质学家更好的生物标记

它非常细致[工作],但最后我们还想产生更广泛的影响,例如学习微生物如何处理环境中的碳氢化合物

加州大学圣塔芭芭拉分校微生物地球化学教授大卫·瓦伦丁(david valentine)表示,这些研究对象针对的脂质类似于胆固醇,胆固醇在人和动物细胞膜中起着重要作用

他说,该小组鉴定的基因可能在细菌中起类似的作用

valentine说,这项工作证明了生物学的重要统一性

他们的结果是为解释地质记录中这些生物标志物的分布提供背景的必要步骤

这项研究得到了美国宇航局和美国国家科学基金会的支持

经mit新闻许可转载

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