Association of Acidotolerant Cyanobacteria to Microbial Mats below pH 1 in Acidic Mineral Precipitates in Rio Tinto River in Spain  

西班牙力拓河酸性礦物沉淀中pH1以下的微生物墊中耐酸藍藻的關聯  

來源：Microorganisms  

微生物  

 

摘要內容：  

這篇論文首次報道了在西班牙力拓河（pH常年低于1的極端酸性環境）的酸性礦物沉淀中，發現與微生物墊相關的耐酸藍藻。研究通過多方法（電子顯微鏡、熒光原位雜交、免疫檢測和宏基因組分析）驗證了藍藻的存在，并揭示了其在酸性環境中的適應機制及其與礦物沉淀（以鈉鐵礬為主）的生態關聯。  

 

研究目的：  

驗證在pH低于1的極端酸性環境中是否存在藍藻，并探究其生態功能、適應機制及其在類似火星環境中的天體生物學意義。  

 

研究思路：  

現場采樣：采集力拓河源頭的酸性礦物沉淀層樣本（圖1）。  

 

 

理化參數測量：使用丹麥Unisense微針電極測量礦物層內部pH，記錄溫度和光照（圖2）。  

 

 

礦物學分析：通過X射線衍射（XRD）和光譜學（VIS-NIR、拉曼）鑒定礦物組成（圖3、圖11）。  

 

 

 

 

微生物結構與多樣性分析：利用掃描電鏡（SEM，圖4-5）、透射電鏡（TEM，圖6-8）觀察細胞超微結構；通過免疫定位（α-羧酶體蛋白）和熒光原位雜交（CARD-FISH，圖9）確認藍藻存在。  

 

 

 

 

 

 

 

 

宏基因組測序：分析微生物群落組成及藍藻功能基因（圖10）。  

 

 

測量的數據及意義：  

pH與溫度：礦物層內部pH穩定在0.8，溫度約12°C（圖2）。  

 

意義：證實藍藻可在pH<1的環境中存活，挑戰了傳統認為藍藻無法在pH<4-5下生存的觀點。  

光照衰減：礦物層內650nm波長光衰減27%（圖2）。  

 

意義：礦物層過濾強輻射，為光合作用提供穩定光環境。  

礦物組成：外層為石膏，內層為鈉鐵礬（圖3）。  

 

意義：鈉鐵礬的酸性特性支持極端環境微生物的生存。  

微生物結構與代謝基因：藍藻細胞具厚多糖膠囊、硫胺膜系統和羧酶體（圖6-8）；宏基因組發現光合相關基因（如PsaC、D2蛋白）和抗氧化基因。  

 

意義：揭示藍藻在酸性環境中的保護機制和代謝適應性。  

 

結論：  

首次在pH<1的極端酸性環境中發現藍藻，其豐度占微生物群落的0.46%（宏基因組數據）。  

 

藍藻通過厚多糖膠囊和抗氧化機制適應高酸度，并與礦物層（鈉鐵礬）形成保護性微環境。  

 

該發現為火星類似礦物環境（如含硫酸鹽的Jarosite）中尋找生命提供地球類比依據。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：  

使用Unisense微針電極精確測量了礦物層內部的pH值（穩定在0.8），其意義在于：  

驗證極端酸性環境：直接證明藍藻生存環境的pH遠低于傳統認知的耐受極限（此前認為藍藻無法在pH<2下生存）。  

 

揭示微環境穩定性：礦物層內部pH和溫度的高度穩定（波動<12.5%），表明礦物沉淀層為微生物提供了物理化學緩沖，可能通過礦物-微生物相互作用中和局部酸性。  

 

支持生態模型：數據表明藍藻可能通過改變微環境（如分泌堿性代謝物）或依賴礦物保護（如鈉鐵礬吸附質子）實現生存，為極端環境微生物的適應性機制研究提供關鍵參數。  

 

技術優勢：微針電極的高空間分辨率避免了傳統電極對礦物層結構的破壞，確保了原位測量的準確性。