揭示新的海洋共生关系：根瘤菌与硅藻合作固氮并促进海洋生产力
Self portrait, Image credit: Max Planck Institute for Marine Microbiology, Bremen, Germany 揭示新的海洋共生关系：根瘤菌与硅藻合作固氮并促进海洋生产力 在一项突破性的发现中，科学家们揭示了传统上以豆科植物中固氮共生作用而闻名的类根瘤菌细菌（Ca. Tectiglobus diatomicola），也能与海洋硅藻形成合作关系以固氮。这一发现由来自马克斯·普朗克海洋微生物研究所、阿尔弗雷德·魏格纳研究所和维也纳大学的研究人员在最近的《自然》杂志中作了详细说明。此研究不但解决了一个长期存在的海洋之谜，并为理解海洋氮循环开辟了新途径。除了海洋生物学之外，这一发现还为革命性的农业技术和进化研究提供了希望，突显了这些细菌在海洋生产力和二氧化碳吸收中的关键作用。 氮是生命的基本组成部分，对于陆地作物和海洋植物的生长都是必不可少，而这些植物在地球氧气的生产中起着重要作用。虽然陆地上的豆科植物早已被人们熟知根瘤菌能将大气中的氮转化为可用形式，但海洋中的固氮机制却一直不太为人所知。发现根瘤菌也能与海洋硅藻共生并进行固氮，不仅增强了我们对海洋生态系统的理解，还弥合了陆地和海洋氮循环之间的一个重要知识差距。 这一新型共生关系具有深远的影响。类根瘤菌固氮并与硅藻交换碳的能力，使它们成为海洋固氮的关键角色，尤其是在其他固氮生物稀缺的区域。这一发现揭示了海洋生态系统的复杂性，并暗示了未来在农业领域的潜在应用。这些海洋共生体的进化特征有朝一日可能被用来培育固氮植物，从而彻底改变作物生产和可持续性。鉴于这些令人振奋的发现，我们有机会采访了该研究的主要科学家之一维布克·莫尔（Wiebke Mohr），深入探讨这项研究的意义。 The two research vessels, R/V Meteor and R/V Maria S. Merian, crossing paths multiple times during the expedition. Image credit: Max Planck Institute for Marine Microbiology, Bremen, Germany / Wiebke Mohr 问：能否带我们回顾一下这项研究的初期阶段？是什么促使你探索硅藻与类根瘤菌之间可能存在的共生关系？答：从全球的角度来看，海洋中的固氮微生物与陆地上的同类生物在生产力方面同样重要。海洋的固氮过程对于维持海洋生产力至关重要，因为就像在陆地上一样，海洋通过各种过程不断失去氮。为了维持生产力，必须补充氮，而固氮微生物在其中起到了关键作用。 之前，我们认为海洋中的大部分固氮作用是由一种叫做蓝藻的光合生物所完成。然而，在海洋的广大区域中，蓝藻的数量不足以解释测得的固氮量。这使得许多科学家猜测，可能有非蓝藻的微生物负责那些“缺失”的固氮作用。 大约25年前，我们知道这些生物存在于海洋中，但只能够通过编码固氮酶的基因片段来识别它们，却不能确定它们的真实身份。这些基因可以在细菌之间转移，因此仅凭基因很难确定生物的身份。在此之前，我们发现唯一能够在全球或区域范围内积极参与固氮的生物，要么是自由生活的蓝藻，要么是与其他生物共生的蓝藻。 我们对确定这些负责固氮过程生物的兴趣，源于了解这些微生物分布的区域以及它们在某些区域活跃的原因。这些知识可以帮助我们预测在未来，尤其是在面对气候变化的挑战时，固氮作用可能会发生怎样的变化。识别参与这一过程的具体生物是理解这些潜在变化的关键，使得这项研究既重要又充满吸引力。 问：你能否描述一下2020年在北大西洋的探险，并解释一下你们是如何发现矽藻和类根瘤菌之间的共生关系？答：2020年，我的团队和我从不来梅出发前往热带北大西洋，参与了一次由两艘德国研究船组成的探险。我们从该地区收集了数百升海水，以识别和量化这些神秘固氮生物的重要性。 […]
