美科學家發現墨西哥水下網絡「核心」微生物
【大紀元2023年11月17日訊】（大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導）墨西哥尤卡坦半島地區存在相通且複雜的水下洞穴網絡，裡面存在許多古老的細菌群落。美國一所大學找到了水中的「核心」微生物，並繪製出迄今為止最大的水下微生物群落地圖。這對未來研究地球上的含水層生物提供了一個方法和基礎。
墨西哥尤卡坦半島（猶加敦，Yucatán）東部靠近海邊（墨西哥灣），該地區存在無數的天坑（天然井），地下存在超過1,500公里的複雜水網絡和無數洞穴，洞穴裡面有廣闊的碳酸鹽含水層，水層裡擁有數不盡的微生物，而地下水是整個地區唯一的飲用水源。
尤卡坦含水層有墨西哥灣的海水流進，但該含水層的微生物群與附近海域的微生物群有很大差異，而整個洞穴系統中的微生物群也各不相同，包括洞穴到洞穴之間，淺水到深水之間，都存在一定程度上的差異。
另外，該系統還存在各式各樣的區域，包含沒有陽光的深坑或洞穴，以及能照射到陽光的淺坑等，且水下網絡擁有淡水、海水和兩者混合等多樣化區域，而這些洞穴深度大多在5至100公尺之間。
美國西北大學（Northwestern University）地球與行星科學教授、該研究的合著者帕特里夏‧貝多斯（Patricia Beddows）因擁有數十年洞穴探險經驗，領導該大學的研究人員進行潛水探險和採集洞內的生物樣本，希望藉此了解整個地下水網絡中的生態狀況，並尋找整個生態的「核心」。
該團隊從墨西哥金塔納羅奧州加勒比海岸附近的12個洞穴裡進行採集，共採集到78個水樣本。這些樣本的採集範圍，從北端的「水神」（Xunaan Ha）系統到「白洞」（Sac Actun）系統之間，擁有內陸和沿海部分（包括一個60公尺的獨特深坑），再到南端的「三條水路」（Ox Bel Ha）系統（註：這些系統的名字為尤卡坦的瑪雅土著語言）。
研究人員按照不同的地點去分類每個微生物群落的環境背景，這包括洞穴類型（坑或管道）、洞穴系統、與加勒比海岸的距離、化學成分和在水體的位置。同時，他們從每個樣本中過濾出細胞並分析其化學成分，並通過DNA定序來識別微生物群落。
之後他們再使用校友馬修‧塞倫斯基（Matthew Selensky）開發的新計算程式，對收集到的資料進行數據分析，同時把發現的物種和細菌進行歸類。
分析過程中他們發現，尤卡坦東部碳酸鹽含水層的微生物，以叢毛單胞菌類（Comamonadaceae）為主，且它們生活在多個生態位中。因為他們在一個能照射到陽光的60公尺獨特深坑中觀察到不同的生態層，且每個生態層都存在眾多的微生物群落。
叢毛單胞菌類是一種代謝高度靈活的伽瑪變形菌家族，常見於水生環境中，能進行鐵還原、氫氧化和反硝化等反應。
另外他們發現，在任何水中環境中都能發現叢毛單胞菌類微生物的蹤影，即使沒有陽光或鮮少有機物的水域中也一樣。因此，科學家認為，地下水之間是存在共享且存在「核心（關鍵）」生物群的。
他們對於這項發現進行分析，並模擬微生物群落內複雜的相互作用，同時揭示了類群之間的生態相關性。
最後他們得出的結論是，墨西哥尤卡坦半島的水下洞穴網絡中叢毛單胞菌類，是作為整個水下生物群落中的「核心」。因為它們可以根據環境和位置的不同，調節不同的生物化學狀況，並在地下水系統的不同環境中，充當具有潛力的代謝儲存庫。
領導這項研究的西北大學教授馬格達萊納‧奧斯本（Magdalena R. Osburn）對該校的新聞社表示，「墨西哥尤卡坦半島下方，本質上就像是一塊瑞士起司，起司的空洞是由洞穴管道組成。當我們縱觀整個系統時，能觀察到哪些微生物是在一起發現，哪些在鄰內環境發現的。」
他接著說，「這是一次最廣泛的微生物調查，而這些微生物樣本是極其特殊和難以獲得的。另外，我們發現微生物的角色似乎在變動，因為看到這些微生物群落形成了獨特的生態位，但我們查看整個數據集後，才發現核心生物體（叢毛單胞菌類），似乎在每個生態系統中發揮著關鍵作用。」
奧斯本接著表示，「目前叢毛藻科微生物看起來在不同的含水層中，發揮不同的作用。因為叢毛藻科會根據不同的地區，與不同的夥伴進行合作，而它們及其夥伴可能存在某種共生關係，會互惠代謝和共享食物。」
責任編輯：連書華
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