全球领先的微电极研究系统

从Vicuna溪流外缘（44.1°C）采集了一个深绿色垫层样品，紧邻流动的Vicuna溪流水体。这些垫层的颜色是由于产氧光能无机自养蓝细菌类群Arthrospira platensis（64.6%）的压倒性优势。与橙色和橄榄色群落形成鲜明对比的是，深绿色垫层仅含有少量执行好氧异养的成员（小于2.0%），而是有更高比例的几个突出的兼性厌氧异养生物，包括垫层中第二丰富的类群，厌氧发酵异养Verrucomicrobia Opitutus sp.（12.5%）。

还从中盆地泉的两个位置采集了微生物垫层样品。两个样品均取自橄榄色表面带硅化结壳，一个取自溪流流旁较温暖的垫层边缘（61.1°C），另一个取自距边缘20厘米的较凉爽内部垫层（39.3°C）。中盆地泉橄榄色垫层中的蓝细菌明显比Vicuna溪流更丰富，较凉爽内部垫层（30%）比垫层边缘（15%）的丰度更高。与Vicuna溪流不同，蓝细菌类群以Fischerella spp.为主，在较凉爽（26.6%）和较温暖（11%）垫层中均如此，Leptolyngbya sp.的丰度较低（3.0至4.6%）。好氧异养生物在中盆地内部垫层中也很丰富，最显著的是浮霉菌门成员，包括Gemmata sp.（11.9%）和Algisphaera agarlytica（9.3%）。相比之下，较温暖的垫层边缘含有本研究中任何采样垫层中最高丰度的好氧光异养生物（15.9%），包括绿弯菌门如Chloroflexus sp.（8.1%）和Roseiflexus sp.（7.4%）。较温暖垫层边缘最丰富的类群是Nitrospirae（11.1%），属于硝化螺旋菌门，将亚硝酸盐氧化为硝酸盐。

（图6 中盆地泉二氧化硅结壳和下层垫层的SEM图像。所有图像代表层和垫层顶部的俯视图。a，b 覆盖杆菌的表层二氧化硅结壳，表现出轻微断裂。c，d 带有蓝细菌丝状体铸模的表层结壳。注意d中中央丝状体内的细胞分裂。e 被封存在表层结壳内的蓝细菌丝状体，带有潜在的分支，指示Fischerella。f，g 表层结壳的塑性和脆性变形，揭示包含蓝细菌丝状体的多层二氧化硅。f中的虚线=样品边缘。g是f左缘丝状体的特写，揭示被封存在上覆结壳层中的丝状体。h，i 表层保存的蓝细菌丝状体。注意细胞分裂（h）和脆性断裂（i）。j-l 二氧化硅结壳下的未硅化垫层，富含EPS（k，l），无大型蓝细菌丝状体）

4.5 二氧化硅结壳的微结构

中盆地泉垫层结壳的SEM成像揭示了多代二氧化硅沉淀和细胞保存。最上层结壳表面相对光滑，经常保存各种降解阶段的长微生物丝状体。结壳和保存丝状体的EDS光谱揭示Si和O为最丰富元素，通常随后是C、As、Na、Cl和Fe。相比之下，下层以缺乏粘性硅化为特征，具有大量较小的丝状体（直径小于2微米）和胞外聚合物（EPS）。结壳下垫层中最丰富的元素是C和O，有少量的Al和Si峰。因此，一些球粒是蛋白石-A沉淀物，尽管EDS数据不排除某些球粒代表球菌状微生物细胞的可能性，因为两种特征可以共享基本形态和大小。上覆结壳和下层垫层纹理之间似乎没有渐变。薄丝状体（小于2微米）、EPS和球粒在结壳中未观察到，较大的丝状体在下层无结壳垫层中也不存在。

4.6 微生物垫层的微电极剖面

在Vicuna溪流垫层中测量了两系列微电极剖面。两个系列根据地面暴露和硅化将垫层分为三个物理区域：（1）水下垫层，（2）地面垫层，和（3）结壳垫层。

第一系列微电极剖面在距Vicuna溪流源头1.5米下游处采集，位于溪流东岸附近的垫层内，在2厘米横断面上从橙色水下垫层开始，向外延伸至未硅化橄榄色地面垫层，最后至带二氧化硅结壳的橄榄色地面垫层。三个区域均进行了O2浓度和pH的四重运行剖面，每次新剖面在前一次测量下游1毫米处采集。水下垫层和无结壳地面垫层下的O2浓度在约0.6 mM处达到峰值。在水下垫层中，最大O2浓度出现在4至5毫米深度，在8至10毫米深度降至0 mM。地面垫层中的氧剖面更靠近表面，在3至4毫米之间达到峰值，到7毫米深度降至0.1 mM。两种垫层中的pH剖面几乎相同，在2毫米深度达到最大值约8.8，到5毫米深度返回至溪流值6.8。带二氧化硅结壳的地面垫层具有与未硅化垫层纹理明显不同的O2和pH剖面。O2值从未超过0.4 mM，在前3毫米达到峰值，8毫米深度处有一个例外。结壳下没有任何pH剖面超过7.8，三个剖面在3毫米深度达到峰值。

第二系列微电极剖面在距Vicuna溪流源头1米下游处采集，作为18厘米O2和pH横断面，从橙色淹没垫层穿过具有各种暴露和硅化水平的橄榄色垫层，终止于垫层远端边缘的深绿色水下边缘。所有三个表面下的剖面显示出与较小规模调查相似的趋势，由于覆盖的距离更大，变异性更大。在水下垫层下，O2浓度在4至5毫米深度达到峰值。垫层中的峰值O2值和相应深度随距岸距离增加而增加，从近岸橙色垫层2.5毫米深度处的1 mM，到橄榄色垫层4毫米深度处的1.2 mM，再到深绿色远端边缘5毫米深度处的超过2 mM，这是本研究中观察到的最高值。远端绿色边缘也具有任何垫层剖面中最碱性的pH值，在7毫米深度逐渐达到10.2，然后在9毫米深度急剧回落至6.8。远端pH剖面与近岸橙色和橄榄色垫层有很大不同，后者在2毫米深度内达到8.8的峰值。

无结壳的地面垫层与水下垫层相比具有降低的O2剖面，最大值在0.3至0.6 mM之间变化。剖面未显示与溪流岸距离相关的趋势，横断面上12厘米处的橄榄色垫层在2毫米深度显示最大O2值。12厘米处的垫层还产生了与任何未硅化垫层不同的pH剖面，在3毫米深度下降，然后缓慢上升至12毫米深度处的8.3。该样品中O2和pH剖面之间的差异可能与相邻二氧化硅结壳有关，因为pH模式更接近硅化区域下的不稳定变化。其他地面pH剖面保持一致的形状，比水下垫层略深达到峰值（2.5毫米深度处7.7）。

如第一系列微电极剖面所观察到的，结壳下的O2模式最低，从未超过0.5 mM。峰值相对O2最大值的范围和程度随距岸线距离增加而减小。最靠近岸的结壳下剖面在5毫米深度前保持在0.4 mM O2的稳定水平，而中间结壳仅在顶部1毫米处为0.4 mM，远端结壳从未超过0.2 mM O2。结壳下的最大pH值从未超过8.3，与水下（pH大于10）和地面垫层（pH=8.9）形成对比。最值得注意的是，中间结壳下浅层垫层（横断面上14厘米）的酸性比任何其他Vicuna溪流垫层都强（pH=5.5），然后在1毫米内迅速上升至8的值。

图7：漂浮的Vicuna Stream垫层中O₂与pH的四次重复微剖面数据，采样点位于下游1.5米处（位置见图2c）。星号表示重复采样点的位置，这些点沿河流流向平行排列，间距为1毫米。水下垫层（aq）、陆上垫层（ae）及硅化垫层（si）之间的采样点间距均为1厘米，且垂直于河流流向。需注意，与未硅化的垫层相比，硅化垫层中的O₂和pH剖面均呈现下降趋势。

（图8 Vicuna溪流漂浮垫层O2和pH的微剖面横断面，距源头1米下游（位置见图2c），垂直于溪流流向采集。a 横断面垫层俯视图。编号圆圈代表水下（1）、地面（2）和结壳垫层（3），朝向溪流边缘颜色较浅。b 模拟O2和pH横断面，代表垫层表面下15毫米深度的横截面。c 单个微剖面。a中的颜色对应c中的剖面。注意与未硅化垫层相比二氧化硅结壳垫层中O2和pH剖面的降低，以及地面未硅化垫层中O2产生的中间状态）