深海热液喷口是地球上最独特的生态系统之一，黑暗、高压和剧烈的环境梯度变化，对生命生存构成了挑战，也提供了独特的栖息地。生活于此的化能自养微生物主要是氧化从海底喷出的H₂S、 H₂等还原性无机物，获取能量、固定CO₂、合成有机物，作为关键的初级生产者构成了热液生态系统食物链（黑暗食物链）的基础。因此，化能自养微生物在热液区的物质能量转化、元素生物化学循环以及生态系统的形成与维持中发挥着至关重要的作用。

硫单胞菌Sulfurimonas 是深海热液环境重要的一类化能自养菌。它们在全球热液环境中广泛分布，栖息于热液羽流、低温热液流体、热液烟囱、热液沉积物，并与可能与热液盲虾等大型生物形成共生关系。但是，其代谢机制、环境适应性与生态贡献有待进一步研究。

我所“深海微生物代谢机制与环境作用团队”于2017年通过“蛟龙号”载人深潜，进行了西北印度洋卡尔斯伯格洋中脊热液区微生物多样性调查，发现硫单胞菌丰度在某些热液样品中高达细菌总数的47.5%。为认识其代谢特征与生态功能，团队成员们开展了化能自养微生物的培养技术研究，并成功分离与纯化到了代表性的菌种。通过一系列实验，团队成员们首次证实了该类群微生物具有硫还原功能，耦合着氢气的氧化获得能量，而非此前一直认为的硫氧化细菌（图1）。成员们还进一步发现，该菌可以通过非直接接触方式进行固体硫的还原，并揭示了其单质硫还原的关键基因和代谢途径（图2）。成员们还首次发现二种硫还原途径，即周质多聚硫化物还原酶（PsrA₁B₁CDE）和胞质多聚硫化物还原酶（PsrA₂B₂）共存于一个细菌中，这种特殊组合广泛存在于热液区硫单胞菌中，为认识其环境适应性与生态贡献奠定了基础，其单质硫呼吸新机制为评估热液区氢能利用与黑暗碳固定的耦合过程提供了新的依据。

图1. 硫单胞菌（Sulfurimonas）硫还原过程的显微观察。A.完整的单质硫颗粒；B-E，细胞直接接触的硫呼吸，单质硫还原后形成硫化氢，硫粒表面形成凹坑；F，非直接接触的硫还原，同样利用一种未知的机制呼吸单质硫。

图2. 深海热液区化能自养细菌Sulfurimonas 的硫还原代谢途径（OM，外膜； CM，胞质膜； MK，甲萘醌; Psr，多硫化物还原酶； cbb3，cbb3细胞色素c氧化酶；Cytc，细胞色素c）

研究成果于2020年10月在 “Environmental microbiology” （影响因子：4.933，国际微生物学期刊，2020年中国科学院SCI二区）上发表，题目为“Elemental sulfur reduction by a deep-sea hydrothermal vent Campylobacterium Sulfurimonas sp. NW10”。团队首席自然资源部第三海洋研究所邵宗泽研究员为文章的通讯作者，其博士研究生王莎莎和姜丽晶副研究员为文章的共同第一作者。

该研究得到了国家重点研发专项（2018YFC0310701）、国家自然科学基金（41672333）、大洋协会项目（DY135-B2-01）及创新团队建设经费的支持。 

论文链接：https://doi.org/10.1111/1462-2920.15247

供稿人：王莎莎、姜丽晶、邵宗泽