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地球生命科学研究所的研究人员领导的一项新研究调查了早期地球上的生命在有毒环境中的样貌。研究团队转向富含铁的热泉，这些热泉类似于地球大气氧上升期间古代海洋的化学特征。他们的结果表明，早期微生物群落通过将铁与光合微生物产生的少量氧气结合来获取能量。这表明一个过渡生态系统，在光合作用变得广泛和主导之前，生命将曾经有害的副产物重新利用为新的能源。在大氧化事件期间，大气氧的增加可能由蓝藻驱动。大氧化事件永久改变了生命的轨迹，氧使复杂的生命成为可能，但也对在贫氧世界中进化的早期生命形式构成了严重挑战。这些古代微生物如何设法在氧的扩散中生存仍然是一个核心的科学问题。

为了探索微生物如何适应，研究人员检查了五个具有不同化学性质的日本温泉，这些温泉天然富含亚铁。这种温泉今天很少见，因为在富氧条件下，亚铁与氧迅速反应并转化为不溶性铁。然而，在这些特定的温泉中，水仍然含有丰富的亚铁、有限的氧气和接近中性的pH水平。这些条件被认为类似于早期地球海洋的部分地区。在五个温泉中的四个中，微需氧铁氧化菌是优势生物。这些微生物在氧气非常少的环境中茁壮成长，通过将亚铁转化为铁来获取能量。通过光合作用产生氧气的蓝藻也存在，尽管数量较少。

宏基因组学揭示隐藏的生物地球化学循环

使用宏基因组学技术，研究人员重建了200多个高质量的微生物基因组，以更好地理解这些群落如何运作。他们发现，连接铁和氧代谢的微生物能够将有毒化合物转化为能源，同时维持允许对氧敏感的厌氧菌生存的条件。这些微生物群落还支持碳和氮循环等基本过程。此外，研究团队检测到了部分硫循环的遗传证据，包括参与硫化物氧化和硫酸盐同化的基因。这一发现是出乎意料的，因为这些温泉含有非常少的硫。研究人员认为这可能反映了一个“神秘的”硫循环，其中微生物通过尚未完全理解的复杂途径回收硫。这些发现挑战并完善了当前关于早期生态系统的观点，表明原始微生物可能依赖铁氧化和早期光养生物产生的少量氧气来驱动其代谢。

参考文献

Li-Hau, F., McGlynn, S. E. et al. (2025). Metabolic Potential and Microbial Diversity of Late Archean to Early Proterozoic Ocean Analog Hot Springs of Japan. Microbes and Environments. DOI: 10.1264/jsme2.ME24067

该研究通过分析日本五个富含亚铁（Fe²⁺）的现代热泉（作为太古宙-元古宙海洋化学类比点）的微生物群落与代谢潜力，揭示了在低氧、富铁环境下，微需氧铁氧化菌与蓝藻等光养生物共存，并形成了以铁-氧耦合循环为核心的完整生物地球化学循环（碳、氮、硫）。这为理解大氧化事件（GOE）过渡时期早期海洋生态系统的结构与功能提供了重要参考。研究团队来自东京科学大学地球生命科学研究所（ELSI）等机构。