第一届海洋地球古菌组学研讨会在深圳顺利召开

2018-11-08

        2018年11月2至4日,由南科大海洋科学与工程系主办的第一届海洋地球古菌组学研讨会(The First Workshop on the Geo Omics of Archaea)在深圳盐田会计进修学院顺利召开。本次研讨会吸引了德国雷根斯堡大学、中山大学、德国杜塞尔多夫大学、中科院地质与地球物理研究所、同济大学、南方科技大学、中国地质科学院地质所等科研院校近40人参会。重点讨论了古菌的演化,代谢和过程,会议由海洋系张传伦讲席教授主持。

        由于真核生物的出现,人们越来越关注古菌的早期演化。 海洋系张传伦教授、访问学者朱瑞新教授与Ocean-X范陆研究助理教授于2018年8月在德国莱比锡举行的国际微生物生态学会会议(ISME17)上成功举办了关于这一主题的圆桌会议。 然而,圆桌会议主要是从生物学角度进行讨论, 为了更好地促进从古菌到真核生物的演化路径的研究,重要的是让前寒武纪生物学和地球化学的专家参与其中,本次研讨会邀请了来自生物学和地球化学的国内外专家,作了6场特邀报告和8场学术报告,共同探讨在深部地质时期研究微生物进化与地球生命系统变化相关的巨大挑战。

        来自雷根斯堡大学(University of Regensburg)的Karl O. Stetter教授给我们带来了一场关于极端嗜热微生物的“史诗级”报告。极端嗜热微生物的最适生长温度在80到113℃之间,主要分布于火山口、热泉及海底热液口等极端环境中。而这些极端环境与地球早期的环境类似(高温、缺氧、酸性);因此,早期的地球被认为是微生物的天堂。作为培养极端嗜热菌的先驱者,Stetter教授向我们介绍了极端嗜热菌的生存环境、培养条件以及形态特征。其中,一株嗜高温细菌因为能在呼吸作用中产生水,而被命名为Aquifex pyrophilus(“Aquifex”意思是 “水的制造者”)。而从系统发育树的角度来看,Nanoarch-aeaota中似乎存在相当显著的遗传变异,结合在Nanoarchaeotes的培养样品中发现一些泉古菌与广古菌的现象,Stetter教授推测其他种类的古菌可能是不同种类的Nanoarchaeaota的宿主。报告结束后,在场的老师提出了很多专业的问题。Stetter教授都详细回答,并且与老师们深入讨论。关于培养微生物的技巧,Stetter教授表示需要明确培养的目的,知道自己在培养什么,并坚持观测培养过程。最后,Stetter教授还建议高温的样品最好在取样后常温保存带回实验室。因为持续高温容易促使微生物代谢旺盛,消耗能量,反而过早进入衰亡期。

        中山大学生命科学学院施苏华教授做了题为“Convergent evolution among multiple mangrove taxa and their future vulnerability: a genomic perspective”的报告。施教授近年来集中在基因组水平探索潮间带极端环境下红树植物进化和物种形成的基因组机制研究。对于红树林保护区的建设提出了在保护现有的林子的基础上,还要留出足够的红树迁移的陆地空间的建议。

        德国杜塞尔多夫大学(Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf)William F. Martin教授做了“Studying archaeal evolution by posing specific questions to all genes”的报告,介绍生命是一系列化学反应组成的。其首先质疑了之前被普遍接受的硫化亚铁参与的生命起源理论,提出了热液口特殊化合物水磷铝钠石中的Ni3Fe能催化二氧化碳固定产生甲酸盐、醋酸盐和丙酸盐等有机质,并用实验证实。从而为生命起源的化学原理提供了一套全新的假说。对于地球生命的共同祖先LUCA的基因组成问题,Martin教授的团队对55个真核生物、1847个细菌和134个古菌基因组,构建全基因组进化树,从而推测LUCA的基本代谢特点是厌氧、自养、氢气利用、氮固定、嗜热和Wood–Ljungdahl固碳途径。这项实验的结果也对真核细胞的起源提供了重要信息,真核的古菌祖先与甲烷菌存在很多相似点,细菌祖先和如今的alpha变形菌存在相似性。在提问阶段,Martin教授认为如今古菌和细菌膜脂的差异可能和热液口的pH值梯度相关;纳米级的Ni₃Fe有更好的催化效果,这种化学催化反应在如今的地球上仍能发生。

        来自中科院地质与地球物理研究所林巍研究员做了“Genomic insight into the origin and evolution of magneto tactic bacteria”的报告,从基因组层面揭示了趋磁细菌 (MTB)可能的起源时间,极其进化路径。提到磁场对于地球上的生命非常重要,人类、动物、细菌及真核藻类能感知磁场变化。通过小磁体化石发现趋磁细菌在19亿年前就已经存在。趋磁细菌产生磁小体是为了适应早期地球的恶劣环境。趋磁细菌的产生磁小体的基因有可能通过基因转移得到,也有可能从多路径分别进化而来。通过对全球大量土壤样品进行宏基因组学分析得到趋磁细菌的广泛分布在有氧及微厌氧环境。有较高的多样性,可分为硝化螺旋菌门、α¯、 δ¯  zeta¯、 La nda¯ 和Eta¯变形菌门。从基因 组层面,通过Monophyletic clade分析 (core gene of Fe₃O4¯  and Fe3S4¯)得到硝化螺旋菌门和变形菌门的分离时间,推测趋磁细菌的可能起源时间为32-34亿年前,时间与原核生物大爆发吻合。此外,从已有数据及文章中还未发现有趋磁性古菌。

        来自中国地质科学院地质研究所的博士后王丹进行了“埃迪卡拉纪—寒武纪转折期海洋氧化-还原状态与动物演化的耦合关系(Coupling of ocean redox and animal evolution during the Ediacaran-Cambrian transition)”成果报告。以氮同位素为主要研究手段,发现距今约5.51-5.15亿年前的埃迪卡拉纪—寒武纪转折期海洋氧化-还原状态呈现阶段性波动变化,时间上与早期后生动物的阶段性辐射和灭绝事件高度吻合。这一新的研究成果不仅有助于解决该时期古海洋氧化程度的争议,还为解答地球动物的“寒武纪大爆发”之谜提供了新的视角,是地球生命与环境协同演化领域的一项重大研究进展。

会议现场

        会议期间,南科大访问学者,谢伟教授和朱瑞新教授,南科大助理教授李芯芯、研究助理教授范陆和罗启邦,博后李朋辉和访问学生郑峰峰也进行了研究进展报告。2019年10月25-28日,海洋系将举办国际海洋洋地球古菌组学大会,此次研讨会的顺利召开为明年的国际会议奠定了重要的基础。

参会人员合影

 

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