海底热液烟囱体碳、硫代谢微生物功能群分布及制约因素研究

Carbon-based and Sulfur-based microbial functional groups (C-/S-BMGs)are important functional microbial cluster in earth，the distribution andcontrain mechanism of C-/S-BMGs in hydrothermal chimney can provide important clues to understanding co-evolution of primary life and early earth.Hydrothermal chimney from East Pacific Ridge and Southwest India Ridge hydrothermal areas were chosed. Using molecular ecology, molecular geomicrobiology and isotopic geochemistry methods, and lipid biomarkers-stable isotope tracing technique, combinied by forming process of hydrothermal chimney and fluid phase mode, this study proposed to study the distribution and the constrain factors of C-/S-BMGs in hydrothermal chimney.The goals of the reasearch are:1)understanding the characteritic and distribution of C-/S-BMGs in hydrothermal chimney;2)reflecting the inherent relation of distribution and variety of microbial functional groups with hydrothermal product forming conditions;3)discussing the causality betweet environment change and microbial functional groups evolution, and supply theroetics support for co-evolution of life and environment. The key scientific problem of project is establishing of lipid biomarkers-stable isotope index system of C-/S-BMGs, and acquiring environmental factor driving the tansformation of metabolic pathway of microbial functional groups.

碳、硫代谢微生物功能群是地球环境重要的功能性集群，其在海底热液烟囱体中的分布及约束机制对认识生命与环境协同演化过程具有重要理论意义。本研究选取东太平洋海隆硫化物烟囱体和西南印度洋脊硫化物、碳酸盐岩烟囱体样品，利用分子生态学、分子地质微生物学和地球化学研究方法，通过类脂物生标-同位素指标示踪，结合烟囱体生长模型和流体-海水混合模型，开展热液烟囱体中碳、硫代谢微生物功能群分布及制约因素研究，研究目标是：1）认识海底热液烟囱体中碳、硫代谢微生物功能群的分布；2）揭示流体条件与烟囱体碳、硫微生物功能群分布的内在联系；3）探讨环境条件变化与碳、硫代谢微生物功能演化的成因联系，为深入认识生命与环境的协同演化提供理论支撑。关键科学问题是碳、硫代谢微生物功能群的类脂物生标-同位素指标体系的建立和控制微生物功能群分布的环境因子的提取。

开展热液烟囱体微生物功能群分布及制约因素的研究，能够为认识生命与环境的协同演化提供线索。本项目于2014年立项，执行期限为2015年1月至2017年12月。项目执行期间，主要以西南印度洋脊49.6ºE热液区烟囱体样品为研究对象，利用扫描电镜、XRD、X能谱以及气/液相质谱分析等手段，获取了热液烟囱体矿物组成、显微形貌、能谱组分及分子化石组成等信息，通过不同类型热液烟囱体的对比研究，探讨了热液烟囱体成因机制、主要微生物功能群的分布及制约因素。研究结果表明，硫代谢为烟囱体中细菌群落的主要营养方式，并且这些细菌群落参与了热液烟囱体结构的建造，碳代谢是烟囱体古菌群落的主要营养方式。富硅热液烟囱体细菌活动更丰富，硫化物烟囱体中古菌活动更丰富。富硅烟囱体的细菌活动以硫氧化菌为主，硫化物烟囱体中细菌以硫酸盐还原菌为主，古菌活动以为极端嗜热型产甲烷古菌为主。进一步分析表明，热液流体温度及流体中还原气体组分是烟囱体中微生物功能群分布及活动量的主要控制因素。西南印度洋脊49.6ºE热液区烟囱体的显微形貌和分子化石组成数据是本项目的关键数据。本项目探讨了热液烟囱体环境条件与碳、硫代谢微生物功能群分布的内在联系，对于认识生命与环境的协同演化具有一定的理论意义。