Nature Reviews Microbiology: 微生物硫代谢的多样性与生态学

文摘   2024-11-22 09:02   瑞士  

硫是地球上不可或缺的元素,广泛存在于生物体和环境中,通过复杂的地球化学和生物地球化学循环在大气、土壤、水体和生物圈之间流动。微生物在硫的氧化、还原和不均反应中起核心作用,通过能量转化和营养元素循环连接了碳、氮等其他重要元素的循环。这些过程不仅维持生态系统平衡,还通过生产气候活性气体(如二甲基硫)对全球气候产生深远影响。然而,随着人类活动加剧对硫循环的干扰(如化石燃料燃烧和工业排放)以及全球气候变化的影响,理解微生物硫代谢的多样性及其生态功能的重要性日益凸显。

尽管硫代谢研究已有悠久历史,但在微生物生态学和功能研究方面仍存在显著知识缺口,尤其是随着基因组学和生态学技术的进步,这些知识显得更加迫切。本研究通过综述微生物硫循环的最新进展,探讨其在快速变化的地球生态系统中的作用,为重新评估硫循环的环境和生态意义提供了及时而全面的视角。

这篇文章总结了微生物在硫循环中的多样性、功能机制及其生态系统中的关键作用。微生物通过氧化、还原和不均反应驱动硫循环,连接了碳、氮等其他重要元素的循环,为生态系统提供能量流动和生物地球化学平衡。研究发现,硫代谢能力广泛分布于127个细菌门和47个古菌类群中,展示了这些代谢路径在进化上的保守性和功能多样性。

硫循环在多种生态系统中发挥重要作用,例如海洋氧最小区中实现“隐性硫循环”,热液喷口和热泉中支持化能自养生物的初级生产,淡水湖泊中通过氧化和还原控制硫代谢,土壤和湿地中促进植物生长和维持土壤健康,以及大气中通过二甲基硫(DMS)形成云凝结核并影响全球气候。这些微生物过程直接或间接地影响全球生物地球化学循环和生态系统的可持续性。

文章还揭示了病毒通过辅助代谢基因(AMGs)显著影响硫循环,例如通过促进宿主的硫氧化和有机硫降解增强病毒适应性。这些病毒驱动的硫代谢过程不仅影响宿主繁殖,还可能改变生态系统的硫平衡。此外,人类活动如化石燃料燃烧和工业污染加剧了自然硫循环的失衡,使得研究微生物硫代谢及其在气候变化中的作用更为重要。

总体而言,这篇文章强调了微生物硫代谢在生态系统功能和气候调节中的重要性,并呼吁进一步研究其复杂性和在快速变化的环境中的作用,以更好地理解硫循环与全球生态系统之间的互动关系。详细内容请看原文。


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