Globální mořské dno je bohaté na zdroje polymetalických uzlů. Protože jsou bohaté na různé strategické kovy, jsou dnes považovány za typ ložisek mořského dna s největším potenciálem rozvoje. Tyto zdroje se nacházejí hlavně v propastných pláních v hloubkách vody 4,{1}} až 6,000 metrů, obecně daleko od pevniny a s velmi nízkou produktivitou. Během posledního půlstoletí prováděly vědecké organizace a týmy z mnoha zemí a regionů průzkumy dopadů a experimentální studie s cílem monitorovat a hodnotit dopad a obnovu bentických organismů, zejména makrobentických organismů, v reakci na škody na životním prostředí, které mohou být způsobeny hlubinná těžba. Naproti tomu mikroorganismy obývající prostředí ložisek kovových nodulů jsou vystaveny extrémním podmínkám prostředí, jako jsou těžké kovy, oligotrofie, vysoký tlak a nízká teplota, a bylo provedeno jen málo studií o mechanismech mikrobiální adaptace na prostředí ložisek kovových nodulů. , jakož i na jejich rozmanitosti a metabolické kapacitě.
Dopad hlubinné těžby na životní prostředí je velmi znepokojujícím tématem. V současné době Mezinárodní úřad pro mořské dno (ISA) aktivně podporuje regionální plány environmentálního managementu (REMP). První oblastí REMPs je oblast Clarion-Clipperton Fracture Zone (CC Zone) ve východním Tichém oceánu, jejímž cílem je chránit biologickou rozmanitost a funkce ekosystému v cílové oblasti pro těžbu hlubinných uzlů v Tichém oceánu. Ústav oceánografie Čínské akademie věd (IOCS) ve spolupráci s Druhým oceánografickým institutem Ministerstva přírodních zdrojů (MNR) a Huazhong Agricultural University (HUAU) systematicky studoval kapacitu metabolismu mikroorganismů v sedimentech manganových uzlů. v CCZ. Nedávno byly příslušné výsledky výzkumu publikovány v Microbiome. Studie rekonstruovala 179 vysoce kvalitních genomů (MAG) a kategorizovala je do 21 bakteriálních kmenů a jednoho archaálního kmene pomocí hlubokého makrogenomového sekvenování vzorků sedimentů manganových nodulů. Studie vyřešila funkční geny MAG a předložila důkazy o úloze různých mikroorganismů v cyklech kovu, uhlíku, dusíku a síry. Studie může poskytnout důležitou vědeckou podporu pro regionální plán environmentálního managementu Mezinárodního úřadu pro mořské dno a národní rozvoj zdrojů polymetalických uzlíků a sanaci životního prostředí.
Studie ukazuje, že heterotrofní a chemoenergetické autotrofní mikroorganismy si vyvinuly mechanismy rezistence vůči těžkým kovům v těchto sedimentárních prostředích bohatých na kovy, zejména prostřednictvím enzymaticky katalyzovaného redoxu kovů (mangan, chrom a rtuť), transportu kovů zprostředkovaného membránovým transportérem (olovo). ) a synergické interakce obou těchto (arsen a měď). Železo a mangan jsou dva nejhojnější kovy v prostředí sedimentů; železo může být mikroorganismy využíváno jako extracelulární akceptor elektronů v elektronovém transportním řetězci ve formě Fe(III) a mikroorganismy oxidující mangan oxidují mangan(II) hlavně na mangan(III) nebo mangan(IV), s menším transportem iontů manganu. To zdůrazňuje důležitost této oxidační reakce pro mikroorganismy pro udržení přežití v energeticky omezených systémech. U pěti chemoenergetických autotrofních mikroorganismů náležejících do kmene Thaumarchaeota nebo kmene Nitrospirota byla zjištěna potenciální oxidační kapacita manganu. A objev velkého počtu genů oxidoreduktázy kovů, včetně Mn(II) oxidázy, Fe(III) reduktázy, Cr(IV) reduktázy, As(III) oxidázy a Hg(II) reduktázy, poskytuje důležitý genetický zdroj pro potenciální aplikace v bioremediaci těžkých kovů.
Bylo zjištěno, že kromě kyslíku a Fe(III) mikroorganismy využívají hlavně dusičnan jako akceptor elektronů k získání energie oxidací sloučenin kovů a síry. Dusičnany jsou většinou redukovány na oxid dusnatý a vypouštěny do mořské vody. Navíc mikroorganismy s různými karbohydrázami (CAZymes) nevykazovaly vyšší společenskou abundanci. Funkční analýza dominantních mikroorganismů ve studii ukázala, že nesly vyšší podíl funkčních genů souvisejících s metabolismem kovů, dusíku a síry, zatímco CAZymy byly nižší. Využití anorganických živin (spíše než metabolismus organických živin) pro energii prostřednictvím redoxních reakcí je tedy hlavní adaptivní strategií pro mikroorganismy k udržení jejich přežití v sedimentech manganových uzlů. Na základě výše uvedené studie vědci navrhli model mikrobiální ekologie v sedimentech oblastí manganových nodulů.
Výzkumná práce byla podporována Národní nadací přírodních věd Číny a Strategickým pilotním vědeckým a technologickým programem Čínské akademie věd.
Metabolické funkce dominantních mikrobiálních taxonů v sedimentech z hlubokomořské provincie manganových nodulů
