揭秘极端环境下管状蠕虫氮循环印记

南海“海马冷泉”活动区发育的管状蠕虫。

本报讯（记者张双虎）近日，上海海洋大学教授冯东团队和中外合作者针对深海冷泉管状蠕虫生命活动的地球化学印记研究取得突破。5月26日，相关研究在《地质学》发表。

冷泉等深海极端生态系统是探索地球生命起源和演化过程的潜在候选环境。这些生态系统通常依赖化能自养微生物与其宿主的共生关系，形成深海“荒漠”中的生命绿洲，其中，管状蠕虫是最具代表性的宏生物之一。成年管状蠕虫缺乏功能性消化系统，其能量与物质需求完全依赖于营养体内共生的硫氧化细菌。以往研究认为，管状蠕虫在冷泉系统中出现似乎可以追溯至泥盆纪，但与根据形态学、分子生物学、生态学和化石证据限定的管状蠕虫首现时间不一致。

针对上述问题，研究团队以南海“海马冷泉”活动区发育的管状蠕虫的氮循环为切入点，发现生物通过固氮作用或硝酸盐还原作用获取其生命活动所需的氮源。生物对氮的利用常导致其体内氮同位素组成偏负，这种偏负现象已得到管状蠕虫营养体氮同位素组成的证实。管状蠕虫营养体内的硫氧化细菌不具有固氮基因，其体内含有百倍于环境的硝酸盐且硝酸盐还原速率极快。硝酸盐还原过程需利用硝酸盐还原酶，这是一种含钼的金属酶。

研究表明，南海“海马冷泉”活动区管状蠕虫几丁质外壳的钼同位素组成最负值可达-4.59‰，这是迄今所有天然物质所报道的钼同位素最低值。极端偏负的钼同位素组成可能源于管状蠕虫共生体在硝酸盐还原过程中优先利用同位素轻钼。

该研究为地质历史时期古老管状蠕虫的识别提供了独特的地球化学视角。

相关论文信息：https://doi.org/10.1130/G51077.1