Cable bacteria colonise new sediment environments through water column dispersal  

电缆细菌通过水柱扩散在新生沉积环境中定殖  

来源：Environmental Microbiology, 26(10), e16694  

《环境微生物学》第26卷第10期，文章编号e16694  

 

摘要内容：  

该论文研究了海洋电缆细菌在氧化水柱中的有效扩散机制及其在新沉积环境中的定殖能力。电缆细菌具有独特的远距离电子传递代谢方式，但其活性受氧气抑制。通过分隔微宇宙实验发现，电缆细菌以片段形式（约15个细胞的中位尺寸）从源沉积物释放到上覆水体中，约30%的片段附着在沉积颗粒上。这些片段通过氧化水层运输并成功定殖于灭菌的"目标"沉积物中，每个目标核心仅含单一菌株。现场盐沼溪流观测验证了片段释放现象，提出了电缆细菌通过附着颗粒保护实现氧化水层扩散的模型。

 

研究目的：  

探究电缆细菌在含氧水环境中的扩散机制及其在新沉积环境中的定殖能力，验证"水柱扩散"假说。

 

研究思路：  

构建分隔微宇宙系统：自然沉积物（源）与灭菌沉积物（目标）通过氧化水体连接  

 

监测源沉积物和目标沉积物的电缆细菌活性（微传感器剖面）  

 

检测水柱中的细菌片段（FISH技术）  

 

分析微生物群落组成（16S rRNA测序）  

 

结合现场盐沼采样验证实验室发现  

 

测量数据及来源：  

孔隙水化学剖面（氧、硫化物、pH、电势）  

 

使用丹麦Unisense微电极测量  

来源：图2、图A1、图A2  

 

 

 

 

 

电缆细菌丰度（荧光原位杂交-FISH）  

来源：表1、表2  

 

 

 

微生物群落多样性（16S rRNA扩增子测序）  

 

来源：图4  

 

 

水柱片段特征（长度、附着率）  

 

来源：表2、图3  

 

研究意义：  

孔隙水化学数据：  

 

氧渗透深度（OPD）和硫化物出现深度（SAD）确定电缆细菌代谢活动范围  

 

pH最小值（△pH）和电势差（△EP）量化电子传递强度  

 

证实电缆细菌在目标沉积物中重建了特征代谢指纹  

微电极数据意义：  

 

高分辨率（50-200μm）揭示毫米尺度化学梯度  

 

电势信号直接证明跨沉积物的电子传递  

 

氧/硫化物剖面显示电缆细菌的微需氧生态位  

 

结论：  

电缆细菌通过产生短片段（snippets）实现水柱扩散，沉积颗粒附着提供氧保护  

 

单一片段即可成功定殖，产生"奠基者效应"  

 

现场观测验证实验室模型，释放速率约51细胞/小时/cm²  

 

为微生物地理分布理论提供实证，揭示丝状厌氧菌的特殊扩散机制  

 

Unisense电极数据的详细解读：  

使用Unisense微电极测量的氧（50μm尖端）、硫化物（100μm）、pH（200μm）和电势（100μm）剖面具有关键科学价值：  

氧剖面：精确测定氧渗透深度（1mm精度），显示电缆细菌严格局限于微氧区（<10μM O₂），解释其无法在完全氧化水体存活的原因  

 

硫化物梯度：量化电子供体的空间分布，硫化物出现深度与电缆细菌下缘位置吻合，证明硫氧化与氧还原的耦合  

 

pH异常：检测到0.3-1.2单位的pH波动，反映质子迁移过程，印证电缆细菌引起的硫氧化产酸效应  

 

电势信号：记录到0.2-0.7mV电势差，直接证实厘米级电子传递的存在，这是电缆细菌代谢的标志性特征  

 

这些高精度数据首次系统揭示了电缆细菌在新生沉积物中重建电子传递网络的过程，证实水柱扩散片段具有完整代谢功能，为理解其全球分布提供了关键机制证据。