在黃石國家公園溫泉中繁茂的微生物菌落呈現出彩虹般的紅色、橙色、黃色、綠色和棕色。在這些厚厚的菌落中,數百萬微生物忙碌地生活著,它們從火山活動、同類以及當然還有太陽那裡獲取能量。在25個細菌門類中,有五個門類——例如普遍存在的、耐氧的藍細菌,它們貢獻了地球上大部分的光合作用——能夠產生葉綠素,這種神奇的分子幫助生物體將陽光轉化為食物。而現在又出現了第六個門類:Chloracidobacterium thermophilum(嗜熱綠酸菌)。
為了在細菌熱點地區尋找遺傳資料,賓夕法尼亞州立大學帕克分校的分子生物學家Don Bryant和蒙大拿州立大學波茲曼分校的微生物學家David Ward發現了常見基因的新版本:一個用於製造因物種而異的蛋白質,另一個用於將陽光轉化為化學能。他們原本在尋找他們懷疑存在的綠硫細菌的證據;Ward說,他們在華氏150度(攝氏66度)的水中發現了一種新的“完全不同的光養細菌”。
Bryant補充說:“我們透過宏基因組學找到了該生物體的證據。我們透過對該生物體基因組中的大片段DNA進行測序,並透過生成該生物體的高度富集培養物,驗證了這一推測。”
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Cab. thermophilum(嗜熱綠酸菌)早已在Ward實驗室的另一個專門培養黃石菌落中占主導地位的藍細菌的培養物中繁茂生長,而研究人員對此一無所知。“一旦我們知道了這一點,使用除草劑——莠去津——來消除藍細菌就非常簡單了,”Bryant說。然後,透過將剩餘的單培養物置於黑暗中(以表明它需要光才能生長)並測試其對氧氣的耐受性,研究人員可以最終確定它是一種新的光合微生物。
除了是在有氧條件下進行光合作用的僅有的兩種細菌之一外,它還是唯一一種構建綠體素的耐氧細菌。這些分子天線包含數十萬個葉綠素分子,“使擁有它們的生物能夠在極低的光照強度下生存,”Bryant說。
儘管它的門類名稱是酸桿菌門 (Acidobacterium),但這種微生物在鹼性環境中茁壯成長,這與它的親戚不同,它的親戚生活在酸性土壤和其他惡劣環境中,這提高了微生物光合作用也可能在土壤下發生的可能性,研究人員說。然而,它最親近的親戚生活在黃石公園的其他溫泉以及泰國和西藏的溫泉中。
除了擴充套件生命之書中細菌的廣泛範圍外,這種新的微生物還揭示了光合作用的進化,表明Cab. Thermophilum(嗜熱綠酸菌)“在很久以前”就與其光合作用同類分道揚鑣了,Bryant說。Ward建議,它還可能透過拓寬所利用的光譜來改善為生物燃料生長的微生物菌落。