【菜科解读】
一种生活在海洋深处最黑暗地方的微物种不通过光合作用就能产生氧气stock image only

据中国科学报徐锐:地球上的大部分氧气是通过光合作用产生的,而光合作用需要光。
但研究人员发现,一种生活在海洋深处最黑暗地方的微物种,不通过光合作用就能产生氧气。
相关研究近日发表于《科学》。
南丹麦大学的Don Canfield和同事在实验室中研究了可以生活在深海黑暗、低氧环境中的各种微物种。
“我们想知道物种体可生存的氧浓度极限是什么。
”
在研究过程中,Canfield等人观察了一种海洋氨氧化古菌Nitrosopumilus maritimus,它能氧化氨,从而生成氮。
产生氮的过程需要氧气,因此,这种古菌通常生活在海洋富氧区。
但它也可以在海洋中氧气稀薄的黑暗区域生存,这一直困扰着科学家。

“没有人知道它们为何能在那里生存。
”Canfield说。
研究人员用黑暗中的密闭容器培养古菌,并人为降低容器中的氧含量,以模拟海洋最深区域的环境。
研究团队发现,当容器中剩余的氧气被古菌消耗光后,氧气含量又开始上升了。
但他们不能确定这些微物种是怎么产生额外氧气的。
自然界中目前已知有3种在黑暗中无需光合作用就能产生氧气的方式。
但研究人员发现,实验中的古菌使用了一种从未见过的物种学机制产生氧气。
它们还能同时产生氧气和氮氧化物,这是3种已知氧气生成途径中未被发现的产物组合。

“这可能表明海洋中存在着我们不知道的全新代谢方式。
”Canfield说,这些古菌分布如此广泛,可能表明这种机制也存在于其他许多物种中。
“海洋氨氧化古菌是地球上数量最多的活菌之一。
”英国东英吉利大学的Laura Lehtovirta-Morley说,,“十多年来,我们知道这些古菌在氨氧化中起着关键作用,但它们产生氧气的能力仍令人感到惊讶和兴奋。
”
这一发现显著低于此前对该时期海水温度的普遍估算,为理解地球早期气候和海洋环境演变提供了关键数据。
研究还揭示了当时海水的氧同位素组成,表明中元古代海洋可能比过去认为的更冷。
1. 研究技术与方法团队采用创新的碳酸盐团簇同位素(Δ47)温度计,直接分析华北克拉通下马岭组的碳酸盐岩样品。
该技术通过测量碳酸盐矿物中13C-18O键的丰度来推算形成温度,避免了传统氧同位素方法受海水成分假设影响的局限性,结果更可靠。
2. 温度争议与意义此前基于氧同位素的研究曾推测元古代海水温度高达50-70C,甚至早期研究推断20亿年前可能达80C。
新结果(26.9C)表明当时气候更温和,挑战了“早期地球长期极端高温”的假说,对理解生命演化(如真核生物扩张)与环境温度的关系至关重要。
3. 更早时期的温度推测2006年法国科学家对硅质岩的研究显示,海水温度从20亿年前开始下降,至8亿年前降至约20C。
但更早期(如太古宙)的温度仍缺乏直接证据,需进一步研究验证。
最深海沟:马里亚纳海沟(-11034米)。
最大珊瑚礁:大堡礁(澳大利亚,长2300公里)。
最活跃火山:基拉韦厄火山(美国夏威夷)。
最大峡谷:雅鲁藏布大峡谷(深度、长度综合第一)。
最大沙漠:撒哈拉沙漠(面积约920万平方公里)。
最长河流:尼罗河(全长6650公里)。
流量最大河流:亚马孙河。
最大湖泊:里海(咸水湖,面积37.1万平方公里)。
最深湖泊:贝加尔湖(最深1642米)。
最高瀑布:安赫尔瀑布(落差979米)。
最咸水体:死海(盐度34.2%)。
最大岛屿:格陵兰岛(面积216万平方公里)。
最大半岛:阿拉伯半岛。
最偏远岛屿:特里斯坦-达库尼亚群岛。
地形与地貌最大高原:巴西高原(500万平方公里)。
最高高原:青藏高原(“世界屋脊”)。
最大平原:亚马孙平原。
最大三角洲:恒河-布拉马普特拉河三角洲。
最大国家:俄罗斯(1709万平方公里)。
最小国家:梵蒂冈(0.44平方公里)。
最长的山脉:安第斯山脉(8900公里)。
最干燥地点:阿塔卡马沙漠(某些地区年均降水0.1mm)。
最湿润地点:乞拉朋齐(印度,年降水26461mm)。
最低点:死海沿岸(-434米)。
气候与水文最冷地点:东方站(南极,-89.2℃)。
最热地点:死亡谷(美国,56.7℃)。
最大国家:俄罗斯。
最深海沟:马里亚纳海沟。
最长的洞穴系统:猛犸洞(美国,长达663公里)。
最大冰山:B-15(2000年分裂时约1.1万平方公里)。
最大海湾:孟加拉湾。
最古老湖泊:贝加尔湖(2500万年)。
最长的冰川:兰伯特-费舍尔冰河(南极,约400公里)。
最大的海:珊瑚海(479万平方公里)。
最深的峡湾:松恩峡湾(挪威,最深1308米)。
最大的热带雨林:亚马孙雨林。
最长的断崖:澳大利亚大堡礁沿岸的断崖。
最活跃的地热区:黄石国家公园(美国)。
最大的天然拱门: Fairy Bridge(中国贵州,跨度138米)。
人类与地理人口最多国家:中国。
人口最密国家:摩纳哥。
最北城镇:朗伊尔城(挪威)。
最南城镇:乌斯怀亚(阿根廷)。
最高首都:拉巴斯(玻利维亚,3640米)。
最低首都:巴库(阿塞拜疆,-28米)。
最跨大陆城市:伊斯坦布尔(横跨欧亚)。
最长的铁路:西伯利亚大铁路。
最长的边境线:美加边境(8891公里)。
最长的运河:京杭大运河(1794公里)。