近日，上海海洋大學教授馮東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，相關研究已在Geology發表。
海馬冷泉發育的管狀蠕蟲。（“海馬”號拍攝，陶軍供圖）
冷泉等深海極端生態系統是探索地球生命起源和演化過程的潛在候選環境。這些生態系統通常依賴化能自養微生物與其宿主的共生關系，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內共生的硫氧化細菌。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，但根據形態學、分子生物學、生態學和化石證據限定的管狀蠕蟲首現時間并不一致。
針對上述問題，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。
研究人員以管狀蠕蟲的氮循環為切入點，發現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。生物對氮的利用常導致其體內氮同位素組成負偏，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。管狀蠕蟲營養體內的硫氧化細菌不具有固氮基因，其體內含有百倍于環境的硝酸鹽且硝酸鹽還原速率極快。硝酸鹽還原過程需利用硝酸鹽還原酶，這是一種含鉬的金屬酶。
研究表明，南海“海馬”活動冷泉區管狀蠕蟲幾丁質外殼的鉬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鉬同位素最低值。極端偏負的鉬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鉬。
研究通過搭建現代過程與地質記錄之間的橋梁，為地質歷史時期古老管狀蠕蟲的識別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該工作。
相關論文信息：https://doi.org/10.1130/G51077.1