据美国《科学日报》网站11月9日报道，研究发现，“呼吸铁锈”的微生物可以帮助拯救地球的海洋。

一个由维也纳大学微生物学家马克·穆斯曼和亚历山大·洛伊率领的国际研究团队发现了一种全新的微生物新陈代谢。这种新发现的微生物被称为MISO菌，能够通过氧化有毒硫化物来“呼吸”铁矿物。

科学家们发现，硫化氢（一种有毒气体）与固体铁矿物之间的反应不仅是一个化学过程，而且是一个生物过程。在这种新发现的途径中，生活在海洋沉积物和湿地土壤中的微生物去除有毒硫化物，并将其作为生长的能量来源。这些适应性强的细菌也许还能在防止水生生态系统中缺氧的“死亡区”扩大方面发挥重要作用。

上述研究成果最近发表在英国《自然》周刊上。

碳、氮、硫和铁等重要元素在环境中的迁移是通过所谓生物地球化学循环进行的。这些转化通过在空气、水、土壤、岩石和生物之间迁移元素的还原反应和氧化反应发生。因为这些循环调节着温室气体，它们对地球的气候和温度平衡有直接影响。微生物驱动这些过程的几乎每一步，利用硫和铁等物质进行呼吸，就像人类依靠氧气来代谢食物一样。

硫和铁对于生活在缺氧栖息地（如海底、湿地和沉积物）的微生物群落尤其重要。硫能以气体形态存在于大气中，也可以以硫酸盐的形式溶解在海水中，或者被封锁在矿藏中。另一方面，取决于氧的可接触性，铁在不同的化学形态间转换。微生物在处理硫时经常同时改变铁的形态，从而在这两种元素之间建立起紧密的联系。这种耦合影响营养物质的循环，还影响二氧化碳和甲烷等温室气体的产生或消耗。了解这些联系有助于科学家预测自然系统如何应对污染和全球变暖等环境变化。

在海洋沉积物、湿地和地下含水层等缺氧环境中，某些微生物会产生恶臭的硫化氢。这种硫化物与氧化铁矿物（本质上就是铁锈）之间的相互作用有助于控制硫化物水平。此前，科学家们认为这一过程只发生在产生单质硫和硫化亚铁（导致低氧海滩砂呈深色的黑色矿物）的化学反应中。

该团队的发现揭示了一种被称为MISO的微生物能量产生新形式。这个过程将氧化铁的还原与硫化物的氧化联系起来。与纯粹的化学反应不同，MISO直接产生硫酸盐，跳过硫循环的中间步骤。穆斯曼还说：“MISO菌去除有毒硫化物，也许有助于防止水生环境中所谓‘死亡区’的扩大，同时固定二氧化碳以促进生长，类似于植物。”

在实验室实验中，研究人员发现，微生物进行MISO反应的速度快于通过化学方式进行的相同反应。这表明微生物可能是自然环境中这种转变背后的主要力量。研究人员解释说：“各种各样的细菌和古菌都拥有进行MISO的遗传能力，它们存在于各种自然和人为环境中。”

根据这项研究，海洋沉积物中的MISO活动可能占全球硫化物氧化成硫酸盐活动总量的7%。这一过程是由从河流和融化的冰川源源不断进入海洋的活性铁推动的。由奥地利科学基金会支持的该研究确定了一种新的将无氧环境中的硫、铁和碳循环联系起来的生物机制。

洛伊总结说：“这一发现证明了微生物的代谢独创性，突出了它们在影响地球全球元素循环中不可或缺的作用。”（编译/裘芳）