智利的酸性盐湖:令人惊讶的微生物群落

智利的安第斯盐沼以其广袤的自然美景而闻名。在它们白色的盐壳中，小湖泊、泉水和小溪点缀着独特的微生物群落。Cecilia Demergasso博士和Guillermo Chong博士以及智利北方大学的一个多学科研究团队，目前正在调查在智利发现的罕见酸性盐水湖的居民，目的是了解更多在这些恶劣环境中生存的极端微生物，以及它们如何通过生物地球化学循环对当地复杂环境做出贡献。

安第斯盐沼是新近纪/铜系时期盐湖的遗迹，这些盐湖在地质时期和近代都已干涸。最初，在不同的时间跨度内，安第斯山脉山区的盆地内有大量的水体，在严重的周期性气候变化之前，逐渐导致这些湖泊的水蒸发超过了降水的速度。盆地最初是封闭的，以储存湖泊，没有出口排水，蒸发导致它们留下厚厚的盐壳，在几个较小的情况下，主要由安第斯山脉的地下补给的卤水湖也随着大盆地的干涸而关闭。

为什么这么酸?
盐湖的盐水通常是中性或碱性的。然而，在智利的盐湖中，有两个较罕见的酸性盐湖系统——Salares Gorbea和Ignorado (Salar在西班牙语中意为盐滩)——已经成为Demergasso和Chong团队的研究重点。用光谱法在火星上发现的大量水合矿物，已经被证明可能与火山活动和硫酸溶液的出现有遗传联系，就像在戈尔比亚观察到的那样。高盐和高酸环境的结合意味着只有最坚韧和最具弹性的微生物才能生存。对微生物在这种盐水生态系统中生存和坚持的能力的研究，促使研究人员将这一地形视为潜在的火星类似物。

Demergasso和Chong的研究希望揭示生活在酸性盐湖中的多种微生物群落，从而进一步提高我们对地球独特微生物多样性的理解，这可能对生物技术的保护和潜在应用具有广泛的意义。

Salar de Gorbea
只有在智利以外的地方，比如澳大利亚，才对酸性盐水湖进行过研究。Gorbea盐沼(Demergasso和Chong团队调查的对象)可以提供一个有用的地点，来比较由于不同的地质和环境条件而导致的微生物种群差异。酸性盐湖位于安第斯山脉(海拔4000米)，盐度为28%，比平均海水盐度高8倍。侧面原因:火山原生硫的存在;硫氧化释放出硫酸，渗入湖泊;以及当地岩石缓冲能力的变化(岩石帮助维持和控制系统pH值变化的能力)。

Demergasso和Chong热衷于发现微生物(已知在以硫为能源的酸生产中发挥相关作用)，如嗜酸硫氧杆菌，在其他酸性环境中，如温泉和酸性矿山/岩石排水系统，也发现了类似的微生物，从而促进了系统的酸性。为了做到这一点，在6年的时间里，我们从戈尔比盐湖的5个地区进行了几次取样考察。然后选取2009年和2011年运动中收集的沉积物和盐水样本进行进一步分析。

微生物学分析首先从盐水和沉积物样品中提取DNA。然后对DNA进行变性梯度凝胶电泳(DGGE)——一种在分子微生物生态学中用于分离不同DNA片段的技术——生成一个生活在样本中的复杂微生物群落的指纹。近年来，人们利用宏基因组分析、系统发育分析和生物信息学工具来确定发现的物种，并对发现的基因的功能内容进行表征。

thiotrophic社区
微生物通常根据其代谢活性组合在一起，这使得生命生长，修复和繁殖的基本功能。与我们不同，他需要从糖中生存的氧气和能量，微生物可以利用大自然中发现的一系列其他元素来维持其活动，包括从无机化合物中制作自己的能源。通常在咸水中，例如盐湖，需要盐以存活的异养微生物（嗜盐）或可以在盐水条件下生长（Halotolerant）占主导地位，但从撒拉德·德尔戈氏菌中取出沉积物和水样的分析未检测到任何这些物种，表明寡核苷酸 - 能够生活在营养水平非常低的环境中 - 是这种极端生态系统中生存的重要特征。相反，Demergasso和Chong发现了一种不寻常的微生物群，其特征在于硫磺能量的生活。

高盐和高酸环境的结合意味着只有一种特殊的、有弹性的微生物才能生存。

从其他类群中也检测到少量的硫代谢细菌，包括与Alicyclobacillus, sulobacillus和Leptospirillum相关的序列，这些都是通过硫氧化产生能量的化能石质营养微生物。

基于Demergasso和Chong's团队进行的Metagenome分析，发现许多所描述的有机体可能能够含碳和硫氧化。碳固定是一种工艺，其中无机碳（例如二氧化碳）转化为有机化合物，也许是能够使用碳固定的生物体的最着名的生物体的例子，其使用专用的光合作用（自触发）将CO 2转化为糖。然而，在Demergasso和Chong's团队研究中，他们发现碳固定能力似乎是酸性盐水湖中微生物的混合营养模型的一部分：它们的主要生产是通过减少硫化合物的氧化，这使得它们允许它们如果需要，有效地保护固定碳的能量。

Demergasso和Chong在低铁和有机物含量的盐环境中发现了一种由火山硫支持的特殊微生物群:硫营养群落。

非结核病的分枝杆菌
分析中最令人惊讶的发现之一是在酸性盐湖中发现了分枝杆菌。由于结核分枝杆菌和麻风分枝杆菌在引起结核病和麻风病中的致病作用，最著名的物种结核分枝杆菌和麻风分枝杆菌已经得到了很好的研究。然而，还有许多其他不太为人所知的物种属于该属，这些被称为非结核形式，并在一系列不同的生态系统中发现，包括工程和自然的水系统，土壤，甚至沼泽。这是第一次分枝杆菌被发现生活在一个酸性的盐水系统和考虑到他们发现专门的微生物群的代表,Demergasso和Chong´s团队希望分析分枝杆菌的基因组隔绝Salar de Gorbea更好地理解他们的丰度在这个系统的原因。

微生物地球
微生物在动物之前居住在地球上，因此，它们在一系列不同栖息地的适应和存活能力导致它们是地球上最丰富的生物。微生物参与生物地球化学循环使它们成为重要的研究主题，帮助我们了解生态系统如何应对环境变化。通过了解可以在这些极端环境中生存的微生物群，Demergasso和Chong's团队希望他们的数据可以用来为节省尊重和保护我们的微生物行星的保护。