美科学家发现墨西哥水下网络“核心”微生物

墨西哥尤卡坦半岛地区存在相通且复杂的水下洞穴网络，里面存在许多古老的细菌群落。美国一所大学找到了水中的“核心”微生物，并绘制出迄今为止最大的水下微生物群落地图。这对未来研究地球上的含水层生物提供了一个方法和基础。

墨西哥尤卡坦半岛东部靠近海边（墨西哥湾），该地区存在无数的天坑（天然井），地下存在超过1,500公里的复杂水网络和无数洞穴，洞穴里面有广阔的碳酸盐含水层，水层里拥有数不尽的微生物，而地下水是整个地区唯一的饮用水源。

尤卡坦含水层有墨西哥湾的海水流进，但该含水层的微生物群与附近海域的微生物群有很大差异，而整个洞穴系统中的微生物群也各不相同，包括洞穴到洞穴之间，浅水到深水之间，都存在一定程度上的差异。

另外，该系统还存在各式各样的区域，包含没有阳光的深坑或洞穴，以及能照射到阳光的浅坑等，且水下网络拥有淡水、海水和两者混合等多样化区域，而这些洞穴深度大多在5至100公尺之间。

美国西北大学地球与行星科学教授、该研究的合著者帕特里夏‧贝多斯因拥有数十年洞穴探险经验，领导该大学的研究人员进行潜水探险和采集洞内的生物样本，希望借此了解整个地下水网络中的生态状况，并寻找整个生态的“核心”。

该团队从墨西哥金塔纳罗奥州加勒比海岸附近的12个洞穴里进行采集，共采集到78个水样本。这些样本的采集范围，从北端的“水神”系统到“白洞”系统之间，拥有内陆和沿海部分（包括一个60公尺的独特深坑），再到南端的“三条水路”系统（注：这些系统的名字为尤卡坦的玛雅土著语言）。

研究人员按照不同的地点去分类每个微生物群落的环境背景，这包括洞穴类型（坑或管道）、洞穴系统、与加勒比海岸的距离、化学成分和在水体的位置。同时，他们从每个样本中过滤出细胞并分析其化学成分，并通过DNA定序来识别微生物群落。

之后他们再使用校友马修‧塞伦斯基开发的新计算程式，对收集到的资料进行数据分析，同时把发现的物种和细菌进行归类。

分析过程中他们发现，尤卡坦东部碳酸盐含水层的微生物，以丛毛单胞菌类为主，且它们生活在多个生态位中。因为他们在一个能照射到阳光的60公尺独特深坑中观察到不同的生态层，且每个生态层都存在众多的微生物群落。

丛毛单胞菌类是一种代谢高度灵活的伽玛变形菌家族，常见于水生环境中，能进行铁还原、氢氧化和反硝化等反应。

另外他们发现，在任何水中环境中都能发现丛毛单胞菌类微生物的踪影，即使没有阳光或鲜少有机物的水域中也一样。因此，科学家认为，地下水之间是存在共享且存在“核心（关键）”生物群的。

他们对于这项发现进行分析，并模拟微生物群落内复杂的相互作用，同时揭示了类群之间的生态相关性。

最后他们得出的结论是，墨西哥尤卡坦半岛的水下洞穴网络中丛毛单胞菌类，是作为整个水下生物群落中的“核心”。因为它们可以根据环境和位置的不同，调节不同的生物化学状况，并在地下水系统的不同环境中，充当具有潜力的代谢储存库。

领导这项研究的西北大学教授马格达莱纳‧奥斯本对该校的新闻社表示，“墨西哥尤卡坦半岛下方，本质上就像是一块瑞士起司，起司的空洞是由洞穴管道组成。当我们纵观整个系统时，能观察到哪些微生物是在一起发现，哪些在邻内环境发现的。”

他接着说，“这是一次最广泛的微生物调查，而这些微生物样本是极其特殊和难以获得的。另外，我们发现微生物的角色似乎在变动，因为看到这些微生物群落形成了独特的生态位，但我们查看整个数据集后，才发现核心生物体（丛毛单胞菌类），似乎在每个生态系统中发挥着关键作用。”

奥斯本接着表示，“目前丛毛藻科微生物看起来在不同的含水层中，发挥不同的作用。因为丛毛藻科会根据不同的地区，与不同的伙伴进行合作，而它们及其伙伴可能存在某种共生关系，会互惠代谢和共享食物。”