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

西班牙力拓河酸性矿物沉淀中pH1以下的微生物垫中耐酸蓝藻的关联  

来源：Microorganisms  

微生物  

 

摘要内容：  

这篇论文首次报道了在西班牙力拓河（pH常年低于1的极端酸性环境）的酸性矿物沉淀中，发现与微生物垫相关的耐酸蓝藻。研究通过多方法（电子显微镜、荧光原位杂交、免疫检测和宏基因组分析）验证了蓝藻的存在，并揭示了其在酸性环境中的适应机制及其与矿物沉淀（以钠铁矾为主）的生态关联。  

 

研究目的：  

验证在pH低于1的极端酸性环境中是否存在蓝藻，并探究其生态功能、适应机制及其在类似火星环境中的天体生物学意义。  

 

研究思路：  

现场采样：采集力拓河源头的酸性矿物沉淀层样本（图1）。  

 

 

理化参数测量：使用丹麦Unisense微针电极测量矿物层内部pH，记录温度和光照（图2）。  

 

 

矿物学分析：通过X射线衍射（XRD）和光谱学（VIS-NIR、拉曼）鉴定矿物组成（图3、图11）。  

 

 

 

 

微生物结构与多样性分析：利用扫描电镜（SEM，图4-5）、透射电镜（TEM，图6-8）观察细胞超微结构；通过免疫定位（α-羧酶体蛋白）和荧光原位杂交（CARD-FISH，图9）确认蓝藻存在。  

 

 

 

 

 

 

 

 

宏基因组测序：分析微生物群落组成及蓝藻功能基因（图10）。  

 

 

测量的数据及意义：  

pH与温度：矿物层内部pH稳定在0.8，温度约12°C（图2）。  

 

意义：证实蓝藻可在pH<1的环境中存活，挑战了传统认为蓝藻无法在pH<4-5下生存的观点。  

光照衰减：矿物层内650nm波长光衰减27%（图2）。  

 

意义：矿物层过滤强辐射，为光合作用提供稳定光环境。  

矿物组成：外层为石膏，内层为钠铁矾（图3）。  

 

意义：钠铁矾的酸性特性支持极端环境微生物的生存。  

微生物结构与代谢基因：蓝藻细胞具厚多糖胶囊、硫胺膜系统和羧酶体（图6-8）；宏基因组发现光合相关基因（如PsaC、D2蛋白）和抗氧化基因。  

 

意义：揭示蓝藻在酸性环境中的保护机制和代谢适应性。  

 

结论：  

首次在pH<1的极端酸性环境中发现蓝藻，其丰度占微生物群落的0.46%（宏基因组数据）。  

 

蓝藻通过厚多糖胶囊和抗氧化机制适应高酸度，并与矿物层（钠铁矾）形成保护性微环境。  

 

该发现为火星类似矿物环境（如含硫酸盐的Jarosite）中寻找生命提供地球类比依据。  

 

丹麦Unisense电极测量数据的研究意义：  

使用Unisense微针电极精确测量了矿物层内部的pH值（稳定在0.8），其意义在于：  

验证极端酸性环境：直接证明蓝藻生存环境的pH远低于传统认知的耐受极限（此前认为蓝藻无法在pH<2下生存）。  

 

揭示微环境稳定性：矿物层内部pH和温度的高度稳定（波动<12.5%），表明矿物沉淀层为微生物提供了物理化学缓冲，可能通过矿物-微生物相互作用中和局部酸性。  

 

支持生态模型：数据表明蓝藻可能通过改变微环境（如分泌碱性代谢物）或依赖矿物保护（如钠铁矾吸附质子）实现生存，为极端环境微生物的适应性机制研究提供关键参数。  

 

技术优势：微针电极的高空间分辨率避免了传统电极对矿物层结构的破坏，确保了原位测量的准确性。