黄石公园温泉中的古老微生物揭示了生命进化的秘密

麻省理工大学的科学家们研究了黄石公园温泉中的微生物，以了解生命如何适应氧气含量的增加。 通过比较高氧环境和低氧环境中的微生物群落，他们发现了与氧气适应有关的独特基因表达。

在Nature Communications上最新发表的一项研究中，来自蒙大拿州立大学农学院的科学家们提供了关于古代微生物如何从地球早期的低氧环境适应当今富氧条件的新见解。 这项研究以 MSU 教授比尔-英斯普（Bill Inskeep）在黄石国家公园领导的 20 多年科学调查为基础。

这项研究由土地资源与环境科学系教授 Inskeep 和微生物学与细胞生物学系副教授 Mensur Dlakic 合著，研究了位于黄石国家公园下间歇泉盆地的两个黄石热地貌--海螺泉和章鱼泉中发现的嗜热微生物。

比较不同氧气环境中的微生物群落

Inskeep 和 Dlakic 选择这些地点是因为它们的地球化学环境相似，但有一个明显的例外： 与章鱼泉相比，海螺泉的硫化物和氧气含量更高。 正因为如此，他们才能够把注意力集中在氧气含量较低和较高的两种截然不同的热环境上。

土地资源与环境科学系教授比尔-英斯普（Bill Inskeep）。 图片来源：MSU 摄影：Adrian Sanchez-Gonzalez

在这两个温度徘徊在190华氏度左右的泉水中发现了三种嗜热微生物（在高温环境中生长的生物）。 论文指出，微生物在各自环境中的生活方式可以揭示生命在大氧化事件之前和之后是如何进化的，大氧化事件发生在大约24亿年前，当时地球大气层从几乎没有氧气过渡到今天近20%的氧气含量。

"自 1999 年以来一直在黄石公园进行研究的英斯普说："当环境中的氧气开始增加时，这些嗜热生物很可能是微生物生命起源的重要因素。利用氧气的生物正在进化。 章鱼有更多的氧气，当然，那里也有更多的好氧生物。 这些环境具有不同的特征"。

英斯普尔和德拉基奇研究的微生物生活在湍急的水流中的"流丝"中。 幡状物看起来像小型海带植物，附着在泉水中的岩石和其他物体上，并长出丝状物在水流中"摆动"。

海螺泉和章鱼泉中的溪流虽然在视觉上很相似，但微生物的数量却截然不同。 虽然两种泉水中都有三种微生物，但含氧量更高的章鱼泉中的微生物种类要多得多。 科学家们说，这有助于了解它们是如何进化以在高氧世界中繁衍生息的。

作者比较了海螺泉和章鱼泉微生物中的呼吸基因。 在海螺泉中，适应极低氧的基因"高度表达，这意味着它们更加活跃"。 相反，章鱼泉中的生物表达了适应较高氧气水平的基因，随着整个大氧化事件期间氧气水平的提高，这些基因可能变得更加重要。

在 MSU 工作的三十年里，Inskeep 从黄石公园收集了大量数据，但他说，要学的东西还很多，要问的问题也更多。 2020年，他和德拉基奇获得了美国国家科学基金会"通过综合促进理解的机会"项目的资助，对黄石公园的嗜热菌进行研究。

Inskeep说，MSU位于大黄石生态系统中，这也使它成为开展此类研究的理想地点。他说："要在实验室里重现这种实验是非常困难的；试想一下，试图用适量的氧气和硫化物来重造热水溪流是多么困难。研究这些环境的好处就在于此。 我们可以在这些生物茁壮成长所需的确切地球化学条件下进行观测。"

德拉基奇说："虽然居住在温泉中的蠕虫的活动可能感觉与人类生活相去甚远，但它们扩大了我们对人类如何繁衍生息以及各种生命形式如何适应周围环境以确保生存的了解。通过研究简单的东西来理解复杂的生命似乎有悖常理，但这确实是它的起点。必须回过头来思考，才能理解我们今天的处境。"

编译自/ScitechDaily