近日，上海海洋大学作为第一单位在《自然-通讯》上发表了一项新的研究成果，揭示海洋谜题的关键一环：在广阔而贫瘠的深海中，微生物如何获取对所有生命都至关重要的元素——磷。该研究确定了一种常见的海洋细菌——交替单胞菌是这一过程的主导力量，并揭示其“多功能”酶工具包的多样性远超以往认知。
磷是生命的基本组成部分，对DNA、细胞膜和能量转移至关重要。在阳光照射的海洋表层水域，磷往往稀缺，从而限制了海洋生物的生长。深海中储存着大量被封存在复杂有机分子中的磷，但微生物如何释放这种营养盐一直是个未解之谜。
由海洋科学与生态环境学院Federico Baltar教授领导的国际研究团队，结合全球海洋实地数据和实验室实验解开了这一谜团。他们的多组学分析——在全球范围内检测基因和蛋白质——一致指向了一个关键角色。
“我们发现交替单胞菌是海洋，尤其是深海中获取磷的主要‘劳动力’，”该研究的第一作者Daniel E.M. Saavedra博士说，“它扮演着关键‘守门人’的角色，决定着有多少磷被释放出来并用于维持更广泛的海洋生态系统。”
该研究聚焦于一类称为碱性磷酸酶的酶，它们已知能够分解有机磷。研究人员调查了这些酶的四个主要家族（PhoA、PhoD、PhoX、PafA），突破性地发现和证明这四种酶都是“多功能的”，这意味着单一一种酶就能高效处理多种不同的含磷化合物。
“这种多功能性改变了我们对海洋生物地球化学的理解，”该研究的通讯作者、研究组负责人Federico Baltar教授解释说，“这意味着这些微生物装备的是多功能‘瑞士军刀’，而非一次性工具。这使得它们能够在营养贫瘠的公海中利用更广泛的磷源。”
该研究还揭示了这些酶采用的不同策略。例如，PhoD酶受到严格调控，在磷匮乏条件下具有高活性，扮演着专门、高效的“清道夫”角色。相比之下，PhoA酶的生成更为持续，表明它在营养循环中扮演着持续的背景角色。
“在同一细菌体内拥有具有不同角色和调控机制的酶家族，是一种卓越的进化适应，”Baltar教授补充道，“这使得交替单胞菌能够在动态且常常资源有限的海洋环境中茁壮成长。”
这些发现从根本上扩展了我们对海洋磷循环机制的理解。通过强调特定细菌的关键作用以及被低估的酶的多功能性，该研究为预测海洋生态系统如何响应不断变化的环境条件提供了一个新框架。
（供稿：海洋科学与生态环境学院）