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太阳系系主任
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侯卫国：板块运动与海水化学成分共同构建深海热泉细菌的生物地理格局【NC，2026】
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板块构造等地质过程深刻影响动植物的地理分布，但其对微生物地理分布格局的影响尚不清楚。“微生物无处不在”这一经典原则暗示其庞大的种群规模和扩散潜力足以抵消地理屏障的影响。但这一范式正日益受到孤立栖息地特有种证据的挑战，由此引出一个关键问题：大尺度的地质过程能否施加足够的扩散限制，从而塑造微生物的全球分布格局？ 针对这一科学问题，董海良教授团队利用大数据和生物信息学系统分析了全球热液系统微生物地理分布格局，解析了深时地质过程（大洋开启和氧化）对现代深海热液系统微生物分布的驱动机制。热液喷口是行星尺度构造过程的产物，随着大洋的打开和闭合而产生和消亡（图1）。论文假设微生物通过长距离扩散作用而定殖于新产生的热液系统，而微生物扩散作用又受控于大洋氧化还原状态和水化学等因素。 图1 现代大洋的演化历史，深海热液系统会随着大洋的打开和闭合而产生和消亡 论文选取了热液喷口系统的关键微生物定殖者Campylobacterota、Aquificota和Thermosulfidibacterota（统称为CAT类群）为研究对象。CAT门类是高度适应喷口环境的微生物类群，也是探索海洋微生物生物地理学的理想生物类群。大数据分析显示CAT类群的生物地理格局并非随机，在形成较早的大洋（包括太平洋、地中海、北冰洋）中，CAT类群多样性较高；而在形成较晚的大洋（大西洋、印度洋），CAT类群多样性较低，尤其缺乏厌氧的CAT类群。 图2 海洋热液系统中CAT类群的全球分布格局（a）CAT类群总体分布情况；（b）厌氧CAT类全分布情况；（c）好氧CAT类群分布情况 这一分布模式归因于海洋形成时间及其与全球海洋氧化还原条件演变的协同作用。显生宙期间，后两个大洋形成时已处于完全氧化的环境，这在大洋之间构成了双重扩散屏障：分子氧对厌氧菌的毒性作用，以及氧化性条件对好氧菌所需能源物质（尤其是还原性化学物）的耗竭；然而，在前三个大洋开始形成的显生宙之前，这种屏障并不存在。论文首次系统阐明了板块运动与大洋氧化历史对深海热液细菌群落全球分布格局的塑造过程与机制。 成果最近发表于《Nature Communications》，并被期刊编辑部遴选为“地球科学”领域近期50篇最佳论文之一，荣登该刊“编辑精选”（Editors' Highlights）专题页面（https://www.nature.com/collections/eihfbddfac）。 图3 官网截图 论文第一作者为侯卫国，第一通讯作者为董海良。中国地质大学（北京）陈泓羽、张一迪、李方如、刘晗卉，以及自然资源部第二海洋研究所韩喜球研究员和中科院生态环境研究中心王尚副研究员参与了研究。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费等项目资助。 全文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-74853-9 |
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