全球深海热液沉积物的宏基因组与组装基因组：跨时空的资料集

深海最黑暗处的生命

在阳光无法到达的深处，被称为热液喷口的深海温泉在本来荒芜的海底创造了生命的绿洲。这些地点栖息着奇特的嗜热微生物，它们推动着全球化学循环，甚至可能类似地球早期的一些生命形式。这里描述的研究并不聚焦于某个新的单一生物，而是提供了一个庞大且长期的微生物基因目录——一个开放资源，将推动关于进化、生物技术以及深海采矿未来影响的发现。

世界各地的隐秘热泉

热液喷口形成于海水渗入海洋地壳、被加热并带着金属和气体回升至海底的地方。当这些热流体遇到冷海水时，会形成烟囱状的矿物沉积，迅速被能够利用化学物质而非阳光获取能量的微生物所定殖。直到最近，这些嗜热的细菌和古菌大多只以单个基因片段为人所知，科学家对它们的功能所知甚少。这项新工作汇集了横跨大西洋、太平洋和印度洋21个喷口区、长达16年的采样，将零散的航次转变为一致的全球时间序列。

把海底矿物变成基因组

为了解这些沉积物中有哪些微生物及其承担的功能，团队采用了“宏基因组”方法：不再试图在实验室培养每一个物种，而是直接从喷口矿物中提取全部DNA。高通量测序从70个样本中产生了高达3.56万亿碱基对的原始数据。在经过仔细的质量控制以去除低质量和污染序列后，复杂的软件将剩余的DNA片段拼接成更长的序列，并进一步分组为数千个草稿基因组，称为宏基因组组装基因组（MAGs）。这一逐步流程——从烟囱取样到DNA测序再到基因组重建——为每个喷口群落创建了一种分子普查。

深海微生物的庞大家族相册

成果是DSV70数据集：7,422个中到高质量的嗜热细菌和古菌基因组。这些基因组覆盖了至少16个古菌类群和85个细菌类群，其中包括许多在现有数据库中代表性不足或完全缺失的谱系。一些已知在喷口丰度很高的微生物群体，如Campylobacterota和某些变形菌门，得到了特别充分的覆盖，但该数据集也显著扩展了对未充分研究古菌支系（如Thermoproteota和微小细胞的DPANN谱系）的基因组覆盖。总体上，鉴定出超过2,900万种预测蛋白，许多与已知代谢功能相关联。这为理解喷口微生物如何利用化学能、循环元素以及相互之间与喷口化学之间的相互作用提供了丰富的资料。

跨地域、时间与温度追踪变化

由于样本来自多个地点并跨越十多年，该数据集允许科学家探讨喷口微生物群落如何随时间和不同地质环境发生变化。作者将他们的新序列与来自类似栖息地的早期宏基因组集合结合，建立了一个在统计上有力的基础，用于比较不同海脊和背弧盆地的喷口。研究者现在可以探究诸如哪些微生物是普遍存在还是仅见于特定喷口、深海微生物与陆地温泉中的微生物有多密切相关、以及群落结构如何可能响应喷发、自然气候变化或人类活动（例如海底采矿）等事件的问题。

为何这部基因组图谱重要

所有原始序列、组装的DNA片段和重建的基因组都已存入公共数据库，实际上创建了一个全球深海热液微生物的参考库。对于非专业读者，关键结论是：科学家现在拥有了部分地球最极端且正受到更多威胁环境的详细基因快照。该资源将帮助研究人员发现用于工业和医疗的新酶、完善生命树中微生物的分支，并为监测随着海洋变暖和采矿利益向深渊推进时深海生态系统可能发生的变化建立基线。

引用: St. John, E., Reysenbach, AL. Global deep-sea hydrothermal deposit metagenomes and metagenome-assembled genomes over time and space. Sci Data 13, 283 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06612-w

关键词: 深海热液喷口, 微生物基因组, 宏基因组学, 嗜极生物, 海洋生物多样性