在黄石国家公园温泉中繁茂的微生物菌落呈现出彩虹般的红色、橙色、黄色、绿色和棕色。在这些厚厚的菌落中,数百万微生物忙碌地生活着,它们从火山活动、同类以及当然还有太阳那里获取能量。在25个细菌门类中,有五个门类——例如普遍存在的、耐氧的蓝细菌,它们贡献了地球上大部分的光合作用——能够产生叶绿素,这种神奇的分子帮助生物体将阳光转化为食物。而现在又出现了第六个门类:Chloracidobacterium thermophilum(嗜热绿酸菌)。
为了在细菌热点地区寻找遗传数据,宾夕法尼亚州立大学帕克分校的分子生物学家Don Bryant和蒙大拿州立大学波兹曼分校的微生物学家David Ward发现了常见基因的新版本:一个用于制造因物种而异的蛋白质,另一个用于将阳光转化为化学能。他们原本在寻找他们怀疑存在的绿硫细菌的证据;Ward说,他们在华氏150度(摄氏66度)的水中发现了一种新的“完全不同的光养细菌”。
Bryant补充说:“我们通过宏基因组学找到了该生物体的证据。我们通过对该生物体基因组中的大片段DNA进行测序,并通过生成该生物体的高度富集培养物,验证了这一推测。”
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Cab. thermophilum(嗜热绿酸菌)早已在Ward实验室的另一个专门培养黄石菌落中占主导地位的蓝细菌的培养物中繁茂生长,而研究人员对此一无所知。“一旦我们知道了这一点,使用除草剂——莠去津——来消除蓝细菌就非常简单了,”Bryant说。然后,通过将剩余的单培养物置于黑暗中(以表明它需要光才能生长)并测试其对氧气的耐受性,研究人员可以最终确定它是一种新的光合微生物。
除了是在有氧条件下进行光合作用的仅有的两种细菌之一外,它还是唯一一种构建绿体素的耐氧细菌。这些分子天线包含数十万个叶绿素分子,“使拥有它们的生物能够在极低的光照强度下生存,”Bryant说。
尽管它的门类名称是酸杆菌门 (Acidobacterium),但这种微生物在碱性环境中茁壮成长,这与它的亲戚不同,它的亲戚生活在酸性土壤和其他恶劣环境中,这提高了微生物光合作用也可能在土壤下发生的可能性,研究人员说。然而,它最亲近的亲戚生活在黄石公园的其他温泉以及泰国和西藏的温泉中。
除了扩展生命之书中细菌的广泛范围外,这种新的微生物还揭示了光合作用的进化,表明Cab. Thermophilum(嗜热绿酸菌)“在很久以前”就与其光合作用同类分道扬镳了,Bryant说。Ward建议,它还可能通过拓宽所利用的光谱来改善为生物燃料生长的微生物菌落。