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公司新聞

研究證明微生物可以介導硫化鐵和H2S轉化為黃鐵礦

閱讀：795     發(fā)布時間：2019/6/25 14:09:57

         眾所周知，微生物以幾乎任何化學反應為代價生長，如果它可以提供細胞內能量ATP的一小部分。現(xiàn)在，來自賓夕法尼亞州萊布尼茲研究所DSMZ-德國微生物和細胞培養(yǎng)物收集的德國環(huán)境微生物學家團隊，康斯坦茨大學和蒂賓根大學可以證明微生物可以介導硫化鐵和H2S轉化為黃鐵礦。 。假定該反應在原始地球上作為能量代謝的早期形式起作用。
          硫鐵礦，更為人所知的傻瓜黃金，是沉積物中含量最豐富的鐵硫礦物。在地質時期，其在沉積物中的埋藏控制了大氣中的氧含量和海水中的硫酸鹽濃度。硫化鐵和H2S向黃鐵礦的轉化也被假定為能量輸送過程，以推動海洋熱液噴口微室中自動催化合成有機物質。后者目前被認為是最有可能在地球上出現(xiàn)的生命之地。迄今為止，黃鐵礦的形成被認為是純（地質）化學反應。這里給出的新結果表明，微生物也可以在環(huán)境溫度下介導黃鐵礦的形成，并從硫化鐵和H2S的整體轉化中獲得生長能量。
 
         在排除氧氣的情況下，科學家們利用硫化鐵，H2S和二氧化碳作為唯一的基質，從不同的沉積物甚至廢水處理廠中富集了環(huán)境微生物。在這里，黃鐵礦在幾個月的延長時間內與碳烷同時形成。硫鐵礦的形成顯示出明顯的生物溫度依賴性，并且與平行的碳烷形成嚴格耦合。所提出的結果提供了對代謝關系的見解，這種代謝關系可以維持沉積物中深埋的生物圈的一部分，并支持鐵 - 硫 - 世界理論，該理論認為硫化鐵轉化為黃鐵礦是生命的關鍵能量傳遞反應。
硫鐵礦是沉積物中含量最豐富的鐵硫礦物。在地質時期，其埋藏控制了大氣中的氧含量和海水中的硫酸鹽濃度。然而，沉積物中黃鐵礦形成的機制仍在爭論中。我們表明，如果代謝耦合到產生碳烷的古細菌，巖石營養(yǎng)微生物可以在環(huán)境溫度下介導FeS和H 2 S向FeS 2的轉化。我們的研究結果提供了對代謝關系的見解，這種代謝關系可以維持部分深層生物圈，并為鐵硫世界理論提供支持，該理論認為FeS轉化為FeS 2是生命發(fā)生的關鍵能量傳遞反應。

FeS和H 2 S在28℃下形成的硫鐵礦依賴于活性微生物。
含有5mM FeS和6mM H 2 S作為唯一底物和CO 2 / HCO 3 -作為碳源的礦物培養(yǎng)基接種消化的污水污泥，淡水沉積物或海洋沉積物（SI附錄，表S1））并在16℃或28℃溫育。通過碳烷形成跟蹤微生物活性，并且每3 mo至8 mo進行轉移，通常當頂部空間中的碳烷含量接近平臺時。在開始的七次富集中，四次展示了超過10次轉移的碳烷形成。最活躍的富集培養(yǎng)物J5，其從消化的污水污泥開始并在28℃溫育，在超過20次轉移后更詳細地表征。平均而言，J5中碳烷含量達到每升培養(yǎng)物0.7mmol。相反，在非生物對照中未觀察到碳烷形成（圖1A）。這反映在總H 2 S 的周轉中：在培養(yǎng)物J5中，總H 2隨著時間的推移，S從大約6 mmol / L降低到0.04 mmol / L到1.1 mmol / L培養(yǎng)物（SI附錄，圖S1），未接種的非生物對照顯示總H 2 S 下降得少得多（3.7）每L的溴殘留H 2 S）。觀察到的非生物對照減少可能是由于無機背景反應（見下文）。


FeS與H 2 S形成FeS 2（黃鐵礦）和H 2的exergonic反應被假定為原始地球上能量代謝的早期形式。自太古代以來，沉積的黃鐵礦形成在全球鐵和硫循環(huán)中起主要作用，直接影響大氣的氧化還原化學。然而，沉積黃鐵礦形成的機制仍在爭論中。我們提出了以FeS，H 2 S和CO 2為唯一底物生長的微生物富集培養(yǎng)物，以生產FeS 2和CH 4。培養(yǎng)物在3至8個月的時間內生長至細胞密度高達2至9×10 6個細胞/ mL-1。用H的FeS的轉化2 s到的FeS 2隨后57的Fe穆斯堡爾譜，并在28℃下顯示出與最大活性的明確生物學溫度分布和朝向4℃和60℃下降低活性。CH 4與FeS 2同時形成并表現(xiàn)出相同的溫度依賴性。添加青霉素或2-溴乙磺酸鹽均抑制FeS 2和CH 4生產，表明整體黃鐵礦形成與產碳烷的耦合。這一假設得到了基于16S rRNA基因的系統(tǒng)發(fā)育分析的支持，該分析鑒定了至少一種古菌和五種細菌。古菌與氫營養(yǎng)型產碳烷菌Methanospirillum stamsii密切相關，而細菌與硫酸鹽還原性Deltaproteobacteria以及未培養(yǎng)的厚壁菌和放線菌最密切相關。我們的結果表明，黃鐵礦的形成可以在環(huán)境溫度下通過微生物催化的氧化還原過程介導，這可以作為假定的原始鐵硫世界的模型。
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