靠“吃铁锈”生存的微生物，或能拯救地球海洋

近期研究成果发表于《自然》杂志。<br><br>### 微生物如何驱动地球元素循环<br>碳、氮、硫、铁等关键元素在环境中的迁移通过生物地球化学循环实现，这些转化依靠氧化还原反应在大气、水、土壤、岩石和生物间进行。由于这些循环能调节温室气体，直接影响地球气候和温度平衡。微生物几乎驱动着这些过程的每一步，它们利用硫、铁等物质进行呼吸，就像人类依靠氧气代谢食物一样。<br><br>硫和铁对生活在缺氧环境（如海底、湿地、沉积物）中的微生物群落尤为重要。硫能以气体形式存在于大气、溶解为硫酸盐存在于海水，或锁在矿物 deposits 中；铁则会根据氧气含量变化在不同化学形态间转换。微生物处理硫时，常同时改变铁的形态，使两者形成紧密耦合关系。这种耦合影响养分循环，还会影响二氧化碳、甲烷等温室气体的产生或消耗。理解这些联系有助于科学家预测自然系统对污染、全球变暖等环境变化的响应。<br><br>### 用铁消除有毒硫化物的微生物<br>在海洋沉积物、湿地、地下含水层等缺氧环境中，某些微生物会产生有恶臭且剧毒的硫化氢气体。这种硫化物与氧化铁（本质是铁锈）的相互作用有助于控制硫化物水平。此前，科学家认为这一过程仅通过化学反应进行，生成元素硫和硫化亚铁（FeS，使低氧海滩沙子呈黑色的矿物）。<br><br>维也纳大学微生物学与环境系统科学中心（CeMESS）研究组组长亚历山大·洛伊表示：“我们发现这种对环境至关重要的氧化还原反应并非纯化学过程，微生物也能利用它生长。”<br><br>该团队发现了一种新的微生物能量产生方式，称为MISO。此过程将氧化铁的还原与硫化物的氧化相连接。与纯化学反应不同，MISO直接生成硫酸盐，跳过了硫循环中的中间步骤。CeMESS高级科学家马克·穆斯曼补充道：“MISO细菌能去除有毒硫化物，可能有助于防止水生环境中‘死亡区’的扩大，同时像植物一样固定二氧化碳用于生长。”<br><br>### 快速且广泛存在的地球塑造过程<br>实验室实验中，研究人员发现微生物进行的MISO反应比化学反应更快，这表明在自然环境中，微生物可能是这种转化的主要驱动力。第一作者陈松灿解释：“多种细菌和古菌具有MISO的遗传能力，它们存在于各种自然和人工环境中。”<br><br>研究显示，海洋沉积物中的MISO活动可能占全球硫化物氧化为硫酸盐总量的7%。河流和冰川融化不断向海洋输入活性铁，为这一过程提供能量。这项由奥地利科学基金（FWF）支持、作为“微生物组驱动地球健康”卓越集群一部分的研究，发现了在无氧环境中连接硫、铁、碳循环的新生物机制。<br><br>亚历山大·洛伊总结：“这一发现展示了微生物的代谢创造力，凸显了它们在塑造地球全球元素循环中的不可或缺的作用。”