Nghiên cứu về các vi sinh vật có liên quan đến môi trường cho thấy sự đa dạng hơn so với giả định trước đây

Một nhóm các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng có sự đa dạng sinh học cực kỳ cao của các vi sinh vật có liên quan đến môi trường trong tự nhiên. Sự đa dạng này lớn hơn ít nhất 4,5 lần so với những gì được biết đến trước đây. Các nhà nghiên cứu gần đây đã công bố phát hiện của họ trên các tạp chí uy tín Truyền thông thiên nhiên và Đánh giá vi sinh vật của FEMS.

Thế giới ẩn giấu của vi sinh vật thường bị bỏ qua, mặc dù nhiều quá trình liên quan đến khí hậu bị ảnh hưởng bởi vi sinh vật, thường liên quan đến sự đa dạng đáng kinh ngạc của các sinh vật. Phân loại Trong nhóm vi khuẩn và vi khuẩn cổ (“vi khuẩn cổ”). Ví dụ, các vi sinh vật khử sunfat chuyển đổi một phần ba lượng carbon hữu cơ trong trầm tích biển thành carbon dioxide. Điều này tạo ra hydro sunfua độc hại. Về mặt tích cực, các vi sinh vật oxy hóa lưu huỳnh nhanh chóng sử dụng chất này làm nguồn năng lượng và khiến nó trở nên vô hại.

Giáo sư Michael Bester, Trưởng khoa Vi sinh vật tại Leibniz DSMZ và là giáo sư tại viện, cho biết: “Các quá trình này cũng đóng một vai trò quan trọng trong hồ, đầm lầy và thậm chí trong ruột con người để duy trì sự cân bằng và sức khỏe của thiên nhiên”. Vi sinh vật học tại Đại học Kỹ thuật Braunschweig. Một nghiên cứu đã kiểm tra quá trình trao đổi chất của một trong những vi sinh vật mới này một cách chi tiết hơn, cho thấy tính đa chức năng mà trước đây không thể đạt được.

Một lượng lớn các loài vi sinh vật khử sunfat đã được phát hiện. Các chất khử sunfat hiện được tìm thấy trong tổng số 27 ngành trong Vi khuẩn và Archaea thay vì sáu loại được biết đến trước đây. Tín dụng: DSMZ

Cân bằng tới hạn của chu trình lưu huỳnh

Chu trình lưu huỳnh là một trong những chu trình sinh địa hóa quan trọng nhất và lâu đời nhất trên hành tinh của chúng ta. Đồng thời, nó liên quan chặt chẽ đến chu trình cacbon và nitơ, điều này nhấn mạnh tầm quan trọng của nó. Nó chủ yếu được vận hành bởi các vi sinh vật khử sunfat và oxy hóa lưu huỳnh. Trên toàn cầu, các chất khử sunfat chuyển khoảng 1/3 lượng cacbon hữu cơ xuống đáy biển mỗi năm. Ngược lại, chất oxy hóa lưu huỳnh tiêu thụ khoảng 1/4 lượng oxy trong trầm tích biển.

Khi các hệ sinh thái này mất cân bằng, hoạt động của các vi sinh vật này có thể nhanh chóng dẫn đến cạn kiệt oxy và tích tụ hydro sunfua độc hại. Điều này tạo ra “vùng chết” nơi động vật và thực vật không thể tồn tại được nữa. Điều này không chỉ gây thiệt hại về kinh tế, chẳng hạn như nghề cá mà còn gây thiệt hại về mặt xã hội do phá hủy các khu giải trí quan trọng của địa phương. Do đó, điều quan trọng là phải hiểu vi sinh vật nào duy trì cân bằng nội môi trong chu trình lưu huỳnh và cách chúng thực hiện điều đó.

Kết quả được công bố cho thấy sự đa dạng loài của vi sinh vật khử sunfat bao gồm ít nhất 27 ngành (chủng). Trước đây chỉ có sáu ngành được biết đến. Để so sánh, có 40 ngành hiện được biết đến trong vương quốc động vật Động vật có xương sống Nó chỉ thuộc về một ngành, Chordata.

Sơ đồ biểu diễn sự phân hủy pectin thực vật bằng cách khử sunfat hoặc bằng hô hấp oxy ở vi khuẩn ưa axit được phát hiện gần đây. Tín dụng: DSMZ

Loài vi khuẩn đa chức năng mới được phát hiện

Các nhà nghiên cứu đã có thể ánh xạ một trong những “chất khử sunfat” mới này với loại vi khuẩn Acidobacteria ít được nghiên cứu và nghiên cứu nó trong lò phản ứng sinh học.

Sử dụng các phương pháp mới nhất về vi sinh môi trường, họ có thể chứng minh rằng những vi khuẩn này có thể thu được năng lượng từ quá trình khử sunfat và thở oxy. Hai con đường này thường loại trừ lẫn nhau ở tất cả các vi sinh vật đã biết. Đồng thời, các nhà nghiên cứu đã có thể chỉ ra rằng vi khuẩn axit khử sunfat có thể phá vỡ các carbohydrate thực vật phức tạp như pectin – một đặc tính khác chưa được biết đến trước đây của “chất khử sunfat”.

Do đó, các nhà nghiên cứu đã thay đổi kiến ​​thức sách giáo khoa. Họ đã chỉ ra rằng các hợp chất thực vật phức tạp có thể bị phân hủy trong điều kiện loại trừ oxy, không chỉ bởi sự tương tác phối hợp giữa các vi sinh vật khác nhau, như người ta nghĩ trước đây, mà còn bởi một loài vi khuẩn duy nhất thông qua một con đường tắt.

Tiến sĩ Stefan Dyskma (trái) và Giáo sư Tiến sĩ Michael Bester bên cạnh lò phản ứng sinh học ở DSMZ, nơi có thể nghiên cứu “chất khử sunfat” mới. Tín dụng: DSMZ

Một phát hiện mới khác là những vi khuẩn này có thể sử dụng sunfat và oxy cho mục đích này. Các nhà nghiên cứu tại DSMZ và Đại học Kỹ thuật Braunschweig hiện đang nghiên cứu xem những phát hiện mới này ảnh hưởng như thế nào đến sự tương tác giữa các chu trình cacbon và lưu huỳnh cũng như mối liên hệ của chúng với các quá trình liên quan đến khí hậu.

Người giới thiệu:

“Hô hấp oxy và phân hủy polysaccharide bởi vi khuẩn ưa axit khử sunfat” của Stefan Dijksma và Michael Bester, ngày 10 tháng 10 năm 2023, Truyền thông thiên nhiên.
doi: 10.1038/s41467-023-42074-z

“Sự đa dạng toàn cầu và sinh lý sinh thái được suy luận của các vi sinh vật có tiềm năng khử sunfat/sulfate khác nhau” của Mohi Diao, Stefan Dijksma, Elif Koksoy, David Kamanda Ngugi, Karthik Anantharaman, Alexander Lowe và Michael Bester, ngày 05 tháng 10 năm 2023, Đánh giá vi sinh của FEMS.
doi: 10.1093/femsre/fuad058