科學家在地球關鍵帶（深層土壤層）發現了一個新的微生物門CSP1-3，這些微生物有助於凈化地下水，可能是未來創新水凈化和環境解決方案的關鍵。當水流經該區域時，這些微生物會分解殘留的污染物，從而改善水質。關鍵帶還在土壤形成、養分迴圈和水調節等糧食生產和生態系統健康的關鍵過程中發揮著至關重要的作用。由於微生物對地球生命至關重要，瞭解這一新發現的微生物群落可以促進保護工作，並有助於應對氣候變化。

這幅圖展示了地球的關鍵帶，它從樹梢向下延伸至土壤深處，最深處達700英尺（約210米），並描繪了生活於此的微生物。該區域支援地球上大多數生命，因為它調節著土壤形成、水迴圈和養分迴圈等基本過程，這些過程對糧食生產、水質和生態系統健康至關重要。圖片來源：密歇根州立大學

列奧納多·達·芬奇曾經說過：“我們對天體運動的瞭解比對腳下土壤的了解還要多。”

密歇根州立大學世界知名的微生物學專家詹姆斯·蒂耶（James Tiedje）贊同達·芬奇的觀點。但他希望通過對關鍵帶（地球動態“活表皮”的一部分）的研究來改變這一現狀。

“關鍵帶從樹梢向下延伸至土壤深處，最深處可達700英尺，”蒂傑說道。“這一區域支援著地球上大多數生命，因為它調節著土壤形成、水迴圈和養分迴圈等基本過程，這些過程對糧食生產、水質和生態系統健康至關重要。儘管深層關鍵帶至關重要，但它仍然是一個新領域，因為它是地球上一個相對未被探索的大部分區域。”

Tiedje是密歇根州立大學微生物學、遺傳學和免疫學系以及植物、土壤和微生物科學系的榮譽退休傑出教授，他在這個巨大的、尚未探索的微生物世界中發現了一個完全不同的門，或者說是主要類別，名為CSP1-3。這一新門在愛荷華州和中國70英尺深的土壤樣本中均有發現。為什麼選擇愛荷華州和中國？Tiedje表示，由於這兩個地區的土壤都非常深且相似，我們想知道它們的出現是否更為普遍，而不是僅僅局限於一個地區。

Tiedje 的團隊從這些深層土壤中提取了DNA，發現 CSP1-3 的祖先在數百萬年前就生活在水中——溫泉和淡水中。在其進化史上，它們至少經歷了一次重大的棲息地轉變，最終定居於土壤環境中——首先是表層土壤，後來是深層土壤。

這張圖表展示了水生生物的進化史，以及CSP1-3門在各個棲息地的適應性特徵。圖片來源：密歇根州立大學

蒂傑還發現這些微生物是活躍的。“大多數人會認為這些生物就像孢子一樣，或者處於休眠狀態，”他說。“但我們通過檢測它們的DNA得出的一個關鍵結論是，這些微生物是活躍的，並且正在緩慢生長。”

Tiedje 還驚訝地發現，這些微生物並不是群落中的稀有成員，而是佔主導地位；在某些情況下，它們占群落的 50% 或更多，而表層土壤中從未出現過這種情況。

“我相信發生這種情況是因為深層土壤是一個非常不同的環境，並且這群生物經過很長一段時間的進化才適應這種貧瘠的土壤環境，”Tiedje 補充道。

土壤是地球上最大的水篩檢程式。水流經土壤時，會通過物理、化學和生物過程進行凈化。表層土壤，也就是大多數植物根系生長的地方，通常體積很小，雨水可以快速通過。但深層土壤的體積要大得多。CSP1-3 正是為此而生。它們以從表層土壤中沖刷下來的碳和氮為生，完成凈化過程。

“CSP1-3就像清道夫，負責清理穿過土壤表層的東西，”蒂傑說。“它們有自己的工作要做。”

蒂傑說，下一步是在實驗室中培養一些微生物，如果它們能夠生長，我們就能進一步了解它們獨特的生理機能，正是這些生理機能讓它們在深層土壤環境中如此成功。這並非易事。大多數微生物都無法培養，因為複製它們生存和生長的條件非常困難。

例如，由於 CSP1-3 的祖先生活在溫泉中，Tiedje 的實驗室正嘗試在高溫下培養它們，作為根據其基因組資訊測試新生長條件的一個例子。

但如果有人能做到這一點，那一定是 Tiedje，因為他還發現了可以脫氯氯化物的微生物。

“CSP1-3 的生理學機制由其生物化學特性驅動，因此可能存在一些具有其他用途的有趣基因，”他說。“例如，我們尚不清楚它們代謝棘手污染物的能力，如果我們能夠瞭解這一點，就能幫助解決地球上最緊迫的問題之一。”

編譯自/ScitechDaily