大洋热液区分子地质微生物学——类脂类及其同位素组成研究

洋底热液区化学自养微生物群落及其生物地球化学作用的研究对于揭示生物圈与地圈协同演化特征、阐明生物多样性形成机制、认识生命极限及其与环境相互作用规律具有重要意义。分子地质微生物学借助有机地球化学和现代分子生物学手段，研究微生物本身或地质体中源于微生物的有机组分的组成和结构特征，可揭示微生物群落结构和地球化学过程。类脂类是微生物细胞膜的重要组成部分，研究类脂类生标不仅可以获得微生物种群信息，同时还可以了解其生活方式。本研究拟选取印度洋和太平洋Lau盆地的热液多金属硫化物、短柱积物和玄武岩状沉样品为研究对象，结合前人的研究成果识别出研究区内具有鉴定意义的生物标志化合物组成，及其所反映的微生物群落信息。以类脂类生标和单分子碳同位素的组成与分布为依据，结合喷口附近流体中溶解无机碳（DIC）含量及碳同位素组成，以及流体的温度、盐度和pH等资料，追索从生物体到地质体(硫化物、沉积物和玄武岩)的碳循环轨迹

本研究以西南印度洋中脊（SWIR）和劳盆地（LB）热液区地质样品（包括烟囱体硫化物、烟囱体氧化物、风化硫化物)及喷口附近沉积物样品中的可溶有机质为研究对象，通过柱层析法分离富集可溶有机质的烃类、脂肪酸组分，采用GC、GC-MS、GC-IRMS和LC-MS 等分析方法进行烃类、脂肪酸及组成、丰度及单体烃同位素组成的测试和分析，并结合样品的矿相学、地球化学及热液羽状流颗粒物的显微形态研究，揭示西南印度洋中脊热液区和劳盆地热液区类脂类化合物组成、演化及来源机制，提取出具有生物群落指示意义的类脂生物标志化合物类型，探讨热液系统的微生物群落结构，及微生物活动与海底热液活动的协同演化规律。.取得主要认识：1.SWIR 和LB 热液活动区周围的地质体中含有较为丰富的类脂类生物标志化合物，这些化合物主要来源为热液环境原生的生物体。.2.洋中脊高温热液活动区硫化物烟囱体中存在古细菌活动。SWIR 热液硫化物样品中高Ph/C18 值，以及独特的、丰富的角鲨烷（Sq）、双植烷（IS40）等类异戊二烯类古菌标志物。单体烃同位素组成（δ13CSq、δ13CIS40 分别为-30.31‰、-30.67‰）表明古菌可能为极端嗜热的硫氧化菌。具有低温热液活动特征的SWIR 氧化物烟囱及LB 重晶石烟囱、氧化物烟囱中均未观察到明显古菌生物标志化合物。.3.热液区地质体微生物种群存在明显的更替现象，热液活动早期，烟囱体内(S27、S36)微生物以极端嗜热的古细菌、异养型嗜热杆菌为主要微生物群落。热液活动结束后，烟囱体发生坍塌及风化作用，以硫氧化作用为主要代谢机制的海洋革兰氏阴性菌将逐渐占据优势地位。.4.热液区比非热液区微生物活动更丰富，热液活动区比热液活动已结束的区域微生物含量更丰富。高温活动的热液系统微生物群落密度高于低温活动的热液系统。热液烟囱的通道壁相对于通道内壁以及硫化物丘体表层含有更丰富的微生物群落。而浮游动物在低温热液区附近活动更为频繁。.5.藿烷系列和甾烷系列的组成特征显示，有机质具有非常高的热成熟度，热液活动的热效应能极大加快有机质成熟作用的进程。西南印度洋中脊热液硫化物中17α(H),21β(H)-C31 藿烷的22S/（22S+22R）为0.77，超出藿烷异构体构型的最终稳定比例0.6，可能与热液区独特的地球化学条件，如金属催化有关。