伟德BETVLCTOR馮東教授團隊揭秘極端環境管狀蠕蟲氮循環過程的地球化學印記

近日，伟德BETVLCTOR馮東教授團隊針對深海冷泉管狀蠕蟲生命活動的地球化學印記研究取得突破性進展，該成果以“Molybdenum isotope signature of microbial nitrogen utilization in siboglinid tubeworms”為題發表于地球科學領域頂級刊物Geology。王旭東為論文第一作者，王旭東和馮東為共同通訊作者。

冷泉等深海極端生态系統是探索地球生命起源和演化過程的潛在候選環境。這些生态系統通常依賴化能自養微生物與其宿主的共生關系而形成深海“荒漠”中的生命“綠洲”，其中管狀蠕蟲是最具代表性的宏生物之一。成年管狀蠕蟲缺乏功能性消化系統，其能量與物質需求完全依賴于營養體内共生的硫氧化細菌。以往研究認為管狀蠕蟲在冷泉系統的出現似乎可以追溯至泥盆紀，但根據形态學、分子生物學、生态學和化石證據限定的管狀蠕蟲首現時間并不一緻。

針對上述科學問題，研究團隊另辟蹊徑，以南海“海馬”活動冷泉區發育的管狀蠕蟲Paraescarpia echinospica為研究對象，從其生理特性入手，探究其生命活動留下的獨特地球化學印記。研究以管狀蠕蟲的氮循環為切入點：

（1）生物通過固氮作用或硝酸鹽還原作用獲取其生命活動所需的氮源。生物對氮的利用常常導緻其體内氮同位素組成負偏，這種負偏現象已得到管狀蠕蟲營養體氮同位素組成的證實；

（2）管狀蠕蟲營養體内的硫氧化細菌不具有固氮基因；

（3）管狀蠕蟲體内含有百倍于環境的硝酸鹽且硝酸鹽還原速率極快；

（4）硝酸鹽還原過程需利用硝酸鹽還原酶，這是一種含钼的金屬酶。

研究結果表明，南海“海馬”活動冷泉區管狀蠕蟲Paraescarpia echinospica幾丁質外殼的钼同位素組成最負值可達-4.59‰，這是迄今為止所有天然物質所報道的钼同位素最低值。極端偏負的钼同位素組成可能源于管狀蠕蟲共生體在硝酸鹽還原過程中優先利用同位素輕钼。研究通過搭建現代過程與地質記錄之間的橋梁，為地質曆史時期古老管狀蠕蟲的識别提供了獨特的地球化學視角。

來自青島海洋科學與技術國家實驗室、香港科技大學、德國漢堡大學、法國海洋開發研究院、中國科學院廣州地球化學研究所、美國天普大學和廣州海洋地質調查局等單位的合作者參與了該項工作。研究得到了國家自然科學基金（42225603, 42106059, 42176056）和上海市科學技術委員會“揚帆計劃”（21YF1416800）的支持。

Geology由美國地質學會于1973年創刊，每月發行一期，每期發表約23篇短文，内容涵蓋地球科學全領域。Geology在國際地球科學領域享有崇高的學術聲譽，在Web of Science引文數據庫“地質學”領域中連續15年排名第一。

論文鍊接：https://doi.org/10.1130/G51077.1

海馬冷泉發育的管狀蠕蟲（“海馬”号拍攝，陶軍教授供圖）