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嗜酸微生物可以增进对过去气候的了解

根据达特茅斯学院的研究,食物和能源的供应会导致嗜酸微生物发生物理变化,这些嗜酸性微生物用于研究地球的气候历史。

温度以外的其他因素会影响单细胞古细菌膜的发现增加了古气候研究的复杂性,该研究传统上是利用微生物的化石来重建过去的气候条件。

与细菌和真核生物(包括动植物)一起,古细菌是生命的三个主要领域之一。

该研究结果发表在《环境微生物学》上,可以帮助解决古气候研究中的分歧,并可以支持对地球气候系统的更详细的了解。

达特茅斯地球科学助理教授威廉·莱维特说:“生物标志物,就像构成我们体内细胞膜的脂肪分子一样,可以成为环境的有力记录者,这种环境可以持续数十亿年。” “这项研究的目的是更好地解释古细菌如何应对环境中所有主要类型的压力,以及它们如何记录在地质时间内持续存在的脂肪分子中的压力。”

细胞膜是由脂质构成的,可以保护细胞免受周围环境变化的影响,例如温度,酸度和食物的可用性。这些外部条件的波动会导致生物体改变其膜结构,以帮助生存。

常见的海洋古生菌通过改变其脂质膜的“堆积效率”来响应温度变化。可以通过调节脂质中分子环的数量来调节各个脂质之间这种侧向堆积的紧密度。计算这些保存的脂质中的环数,可以使研究人员利用微生物的古老沉积物确定过去的海洋温度。

尽管大多数对古细菌膜的研究都集中在生活在湖泊和海洋中的物种,但达特茅斯大学的研究人员研究了嗜热嗜酸菌-嗜酸和热爱的亲戚,它们最初在温泉中进化并在地球上一些最极端的环境中繁衍生息。研究团队没有研究微生物对温度变化的反应方式,而是专注于食物和能量供应变化的影响。

Leavitt说:“最近,在生活在海洋中的低温古细菌中提出了获取食物刺激膜变化的想法。这是这种效应也发生在耐酸的高温微生物中的第一个证明,”曾担任该研究的高级研究员。

达特茅斯实验室使用一种称为嗜热嗜酸菌的嗜热嗜酸菌进行实验,因为它与居住在海洋中的古细菌有着密切的进化关系,并且因为它在整个地球过去的大部分历史中都处于极端环境中,这为研究人员提供了了解地球先前条件的窗口。微生物的快速生长也使其在实验室实验中有用。

研究人员将生物体置于温度为摄氏80度的恒定温度和接近电池酸的pH值的生物反应器中。通过控制微生物可用的糖量,研究小组证明了食物水平与膜中环的数量直接相关。

该研究的第一作者,当时是达特茅斯大学研究生的艾丽斯·周说:“这种基于生物反应器的方法是独特的,因为它使我们能够完全分离出限制糖对这些微生物的作用。” “这与在封闭系统分批培养中进行的绝大多数微生物学实验不同,在微生物学实验中,溶液化学和种群大小等多个变量会随时间变化,结果令人困惑。”

这项研究旨在帮助地质学家和气候学家在整理过去地球表面气候的肖像时,对过去海面温度的记录进行微调。

利维特说:“至关重要的是,我们在解释地质记录时要非常小心。很少有因素在起作用。在进行大图投影之前,我们需要了解所有参数。”

根据研究小组的说法,现有的依赖于古细菌膜的数据确定过去温度的代理(称为TEX86)在大多数海表环境中都是准确的。但是,在极地等地方存在明显的异常,TEX86预测的温度可能与实际测量结果不一致。

由于在一定条件下当前的TEX86代理可能会导致不确定的结果,因此希望该研究可以帮助完善存在分歧的气候记录。

根据研究,能量限制是导致这些微生物改变所产生脂质的类型和结构的普遍现象。这项研究表明,脂类对能量限制的反应在整个古细菌中可能是普遍的,因此在评估从古代沉积物中回收的脂类可能会告诉研究界时,必须始终予以考虑。

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