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单细胞古细菌极其微小，肉眼无法看见，即便使用显微镜也需要格外细心才能观察到。近日，由丹麦奥尔胡斯大学地质微生物学中心领导的一个国际研究团队，成功从海底淤泥中分离出四个古细菌细胞，并绘制出每个细胞的完整基因组图谱。这一突破性成果发表在顶级期刊《自然》（Nature）上。

“此前，没有人知道这些广泛存在于泥浆中的古细菌究竟如何生存。通过绘制四个古细菌细胞的基因组，我们发现它们都携带一些基因，使其能够依赖蛋白质降解存活，”论文第一作者、田纳西大学Karen Lloyd教授解释道。

科学家此前认为，海洋中只有细菌才能分解蛋白质。而这项研究证实，古细菌是海底蛋白质降解的重要新参与者。蛋白质实际上构成了海底大部分有机物质，由于海底拥有全球最大的有机碳沉积区，古细菌因此可能在全球碳循环中发挥着此前未知的关键作用。

如同海滩上的一粒沙

古细菌是地球上最丰富的生物之一，但鲜为人知。它们最初在温泉等极端环境中被发现，也存在于牛胃、稻田等特殊环境，并在此产生沼气。近年来，研究人员认识到古细菌构成了海底微生物群的重要部分，而海底正是大多数微生物的栖息地。

“据估计，古细菌是地球上个体数量最多的生物群。事实上，古细菌的数量超过全世界海滩上的沙粒。如果你将脚趾埋入海底泥浆，你会接触到数十亿个古细菌，”地质微生物学中心主任Bo Barker Jørgensen教授说。

新技术连接功能与特性

这是科学家首次成功从海底泥浆样品中分选出古细菌细胞，并分析其基因组，从而揭示这些生物的身份及其生存依赖。

“目前，我们还无法在实验室培养或保存这些古细菌，因此微生物学家无法进行常规生理测试。我们采用了细胞提取、分选，然后绘制单个细胞基因组信息的方法。这是一种能够揭示细胞特性和生活方式的新技术，”地质微生物学中心Andreas Schramm教授表示。

该方法为微生物学家开辟了新的知识领域，使他们能够像动物学家研究单个小鼠一样研究单个微生物。微生物学家长期以来一直渴望实现这一点。此前，他们只熟悉不到全球1%的微生物的生命过程，而这些微生物是可以在实验室培养的。新方法为研究直接来自自然界的其余微生物提供了机遇。

“将这项新技术应用于海洋沉积物，意味着我们无需等待数千年在实验室培养古细菌来分析其基因组——我们可以直接从环境中测序。未来，这种方法无疑将揭示来自许多不同环境的微生物的未知功能，”博士后研究员Dorthe Groth Petersen说。

（生物通：何嫱）