Transition from stromatolite to thrombolite fabric: potential role for reticulopodial protists in lake microbialites of a Proterozoic ecosystem analog  

從疊層石到凝塊石結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變：網(wǎng)狀偽足原生生物在元古代生態(tài)系統(tǒng)類似物湖泊微生物巖中的潛在作用  

來源：Frontiers in Microbiology, Volume 14, Article 1210781, Published 30 October 2023,

《微生物學(xué)前沿》第14卷第1210781號，2023年10月30日發(fā)表，

 

 

摘要內(nèi)容：  

研究通過野外調(diào)查和實驗，發(fā)現(xiàn)紐約州格林湖（Green Lake）微生物巖中存在一種類似有孔蟲的無殼原生生物（形態(tài)學(xué)觀察），經(jīng)鑒定為Chlamydomyxa labyrinthuloides（分子生物學(xué)證據(jù)）。實驗將培養(yǎng)的淡水有孔蟲Haplomyxa saranae引入微生物巖表層，顯微CT掃描顯示其網(wǎng)狀偽足活動破壞了層狀結(jié)構(gòu)各向異性。研究提出，這種原生生物通過網(wǎng)狀偽足活動可能參與微生物巖從層狀（疊層石）向凝塊狀（凝塊石）結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變。  

 

研究目的：  

驗證淡水網(wǎng)狀偽足原生生物是否能破壞湖泊微生物巖的層狀結(jié)構(gòu)，并探討其在元古代疊層石衰退中的潛在作用。  

 

研究思路：  

長期監(jiān)測：2017–2019年對格林湖微生物巖平臺進行季節(jié)性采樣（8次），分析水體地球化學(xué)參數(shù)（pH、溫度、鈣離子等）和微生物巖結(jié)構(gòu)。  

 

生物鑒定：通過顯微觀察、單細胞分離和18S rDNA測序，鑒定微生物巖中的關(guān)鍵原生生物類群。  

 

原位分布：使用熒光標記包埋法（FLEC）和共聚焦顯微鏡（CLSM），確定原生生物在微生物巖中的三維空間分布（圖6–9）。  

 

 

 

 

干擾實驗：將淡水有孔蟲H. saranae接種到微生物巖表面，培養(yǎng)3.5個月后通過顯微CT掃描比較結(jié)構(gòu)變化，并設(shè)置微管抑制劑（秋水仙素）對照組（圖11）。  

 

 

數(shù)據(jù)分析：結(jié)合地球化學(xué)剖面（微電極數(shù)據(jù)）、微生物群落結(jié)構(gòu)和實驗數(shù)據(jù)，評估網(wǎng)狀偽足活動的生態(tài)影響。  

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義（注明來源圖表）：  

湖泊地球化學(xué)參數(shù)（表1）：  

 

 

測量內(nèi)容：季節(jié)性pH（7.5–8.2）、溫度（9.6–28.2°C）、鈣離子濃度（8.9–10.2 mM）、葉綠素a（384–608 μg/cm3）、EPS含量（105–379 μg/cm3）。  

 

意義：揭示微生物巖生長的化學(xué)環(huán)境（高堿度、鈣飽和），并顯示夏季光合作用增強（葉綠素a和EPS峰值），為微生物活動提供背景。  

微電極剖面數(shù)據(jù)（圖2）：  

 

 

測量內(nèi)容：氧（O?）、硫化氫（H?S）、pH在微生物巖中的垂直分布（250 μm分辨率），晝夜對比。  

 

意義：顯示微生物巖表層（0–4 mm）存在強烈晝夜氧波動（白天170–200%飽和度，夜間缺氧），夏季深層（>9 mm）出現(xiàn)硫化物，證明光合微生物驅(qū)動化躍層，為需氧/厭氧微生物提供分層生態(tài)位。  

微生物巖結(jié)構(gòu)與生物分布（圖3、4、6–9）：  

 

 

 

結(jié)構(gòu)：表層（0–5 mm）呈層狀（疊層石），深層（>10 mm）呈凝塊狀（凝塊石），含孔洞（圖3）。  

 

生物分布：網(wǎng)狀偽足原生生物（FFRP）及其孢囊在微生物巖中普遍存在（0–9 mm深度），主要富集于表層（圖6–9）。  

實驗各向異性數(shù)據(jù)（圖11）：  

 

測量內(nèi)容：顯微CT掃描量化微生物巖結(jié)構(gòu)的各向異性（DA值），比較實驗前后變化。  

 

意義：H. saranae接種組DA值顯著降低（核心0、3、4），表明網(wǎng)狀偽足破壞層狀結(jié)構(gòu)；抑制劑組無變化，證實破壞依賴偽足活動。  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細研究意義：  

使用Unisense微電極（分辨率250 μm）獲得高精度化學(xué)梯度剖面，揭示微生物巖內(nèi)部的微環(huán)境異質(zhì)性。  

 

數(shù)據(jù)顯示：  

 

春季微生物巖氧峰值深度較淺（1.5 mm），夏秋季下移（2.5 mm），且峰值強度隨季節(jié)增加（圖2），反映光合微生物群落的演替與生物量積累。  

 

硫化物僅在夏秋季夜間于深層（>9 mm）檢出，結(jié)合pH峰值（夏季8.6，秋季8.9）與氧峰值重合，表明硫酸鹽還原菌與光合菌的耦合作用驅(qū)動硫循環(huán)，類似元古代海洋化學(xué)條件。  

意義：  

 

為理解原生生物（如FFRP）的分布提供依據(jù)——其活躍于含氧表層，但可延伸至缺氧區(qū)（圖6B、8D），暗示其對化學(xué)梯度的適應(yīng)性。  

 

晝夜氧波動與硫化物動態(tài)證明微生物巖是"動態(tài)化學(xué)躍層"，可能限制后生動物活動，突出原生生物在改造結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵性。  

 

結(jié)論：  

格林湖微生物巖中存在豐富的網(wǎng)狀偽足原生生物Chlamydomyxa labyrinthuloides（原誤認為有孔蟲），其孢囊與活動體在微生物巖中廣泛分布（0–9 mm）。  

 

實驗證實網(wǎng)狀偽足活動可破壞微生物巖層狀結(jié)構(gòu)（降低各向異性），支持其在自然條件下促進疊層石向凝塊石轉(zhuǎn)變的假設(shè)。  

 

季節(jié)性地球化學(xué)變化（如夏季EPS增加）與FFRP形態(tài)轉(zhuǎn)換（夏季孢囊主導(dǎo)）可能共同調(diào)控結(jié)構(gòu)改造強度，冬季異養(yǎng)活動可能是層理破壞的主因。  

 

為元古代疊層石衰退提供了新機制解釋（原生生物擾動替代后生動物假說），強調(diào)非鈣化原生生物在早期生態(tài)系統(tǒng)中的潛在影響。