文摘
微生物生活里面到处都在地球和动物,植物,土壤和水。他们还在地下环境中茁壮成长。地下洞穴和矿山生态系统由人常去。许多有趣的微生物进化生存这些严酷的生态系统里往往没有多少营养。与其他微生物的营养竞争,一些微生物产生抗生素,物质可以杀死某些类型的细菌。抗生素通常用于治疗感染和保持人与动物的健康,但是我们需要新的抗生素因为一些细菌抗药性通常的。保持洞穴和矿山健康和保护他们免受人类的伤害是非常重要的,所以我们可以继续研究的微生物生活在这些迷人的ecosystems-some这些微生物可能会使还未被发现的抗生素可以治疗人类疾病!
洞穴和矿山:一个迷人的世界
在《爱丽丝漫游奇境记,刘易斯·卡罗尔写道,“爱丽丝打开了门,发现门外是一条小走廊,没什么比一个老鼠洞:她跪下来,看起来在进入你所见过的最可爱的花园”。“洞穴和矿山可能是爱丽丝的美丽花园。访问一个洞穴或我给我们访问一个迷人的世界,充满了色彩和奇怪矿物的形成挂在天花板(钟乳石)或在地上(石笋)(图1 a - c)。这些矿物形成时形成水渗过天花板的洞穴和蒸发很慢,几千年来。钟乳石和石笋都有矿物的颜色形成的,当滴水蒸发。
- 图1 -博罗阿尔弗雷多我Riotinto,西班牙,在矿业地区延伸到葡萄牙和是最铁的重要来源之一。
- Lousal我也在开采区域。广泛挖掘该地区可以追溯到罗马时期。(一)钟乳石(上限)和石笋(地板)。(B)绿色的钟乳石称为水合硫酸铁的矿物。(C)矿物形成我的地板上。(照片学分:曼努埃尔·阿拉贡)。
早期的石器时代的人类使用洞穴墙壁作为许多五颜六色的画油画,说明动物,如美洲野牛,牛和马(图2)。毕加索访问阿尔塔米拉洞穴,在西班牙(图2 a, B)。他说,“阿尔塔米拉后,所有(art)是堕落。“我们不知道这个故事是真实的,但它说明了惊人的旧石器时代艺术。面板装饰拉斯科洞窟,在法国,同样令人印象深刻的(图2 c, D)。然而,有洞穴和矿山的另一个方面,人们通常不考虑:一个微观的世界,充满了微生物,这是到处存在的微生物。这些洞穴的微生物的矿物质,洞穴壁画,墙(图3)。
- 图3——多种微生物群落发现阿尔塔米拉洞穴的墙壁上,西班牙。
- 生物膜白色、灰色和黄色的圆圈。(一)扫描电子显微镜(SEM)图像的白色生物膜微生物和球体的一个叫做碳酸钙矿物。(B)SEM图像(用人工颜色)的灰色组成的生物膜细菌(丝)和矿藏的球形碳酸钙和碳酸钙(蓝色)的小晶体。(C)SEM图像的一个黄色的生物膜组成的许多不同类型的细菌,主要是形状像细丝。
微生物群落在洞穴和煤矿
微生物在地球上到处都是。他们可以找到在所有陆地和水环境中,从内部热喷泉下面南极冰厚。微生物如何communities-live甚至在洞穴和矿山吗?在许多情况下,微生物可以共享营养生长在一起生物膜,这是一个复杂的、多层结构形成的各种生物体殖民和附加到洞穴表面(图3)。洞穴和矿山生态系统有大量的非常低有机碳,这是通常的能源使用的微生物。大多数洞穴微生物,研究了使用范围广泛的有机基质作为能源,包括碳水化合物、氨基酸(蛋白质的基础),和其他含碳化合物溶解在水中浸润洞穴土壤。这种溶解有机碳可以支持微生物的生长。
洞穴尚未访问人类原始的环境。这些生态系统养分的输入到低,取决于我们刚才提到的,在数量有限的有机化合物溶解在滴水域。一些微生物生活在这些洞穴也可以使用无机化合物、氢、甲烷、硫化物、氨、或铁。
另一方面,洞穴,被人访问了(我们将称之为洞穴)人口密集的使用有机能源物质的微生物。微生物在哪里得到这些有机物质?首先,显示了洞穴是连接到外部世界通过洞穴入口。微生物从洞穴外的可以进入开放一些空气,和一些运输在水里。此外,动物可以找到住所在这些开放的洞穴。例如,昆虫、啮齿动物和蝙蝠的来源是头发,废物(尿和粪便),和尸体,这导致一个山洞的有机碳。同时,洞穴是由人类影响的游客。游客进入洞穴带来大量的有机物质(皮肤细胞、头发、衣服纤维、灰尘、等等)。这种有机材料可以深刻改变洞穴生态系统的食物网,促进那些吃有机质的微生物的生长。
游客和光线会损坏洞穴
阿尔塔米拉和拉斯科洞穴,其中最著名的两个洞穴,不得不被关闭在洞穴壁画由于日益恶化。恶化的结果是大量的游客和人工照明。光刺激生物膜的生长的某些类型的细菌和藻类(1,2]。人工照明创建显示洞穴中的一个著名问题。广泛领域的墙壁,地面,溶洞成为绿色的绿色颜料染色叶绿素是由微生物和藻类使用光能源(如植物)。这个绿色染色是完全不同于观察到的绿色矿山由于绿色矿物中看到图1。
如果你仔细观察显示洞穴的墙壁,可以看到不同颜色的小点(图3)。几种的斑点是生物膜微生物生活在一起,以不同的方式进行交互。
有用的和危险的微生物
根据世界卫生组织,严重缺乏抗生素的日益增长的威胁,需要这样的部队来对抗细菌抵抗抗生素。因此,寻找新的抗生素,可由某些细菌杀死自己的竞争,是非常重要的3]。细菌属链霉菌属有超过800种。从1940年到1980年,链霉菌属物种是一个医生使用的抗生素的重要来源。事实上,大约三分之二的所有已知的抗生素(例如,链霉素和四环素)主要是由物种的链霉菌属从土壤分离。但不幸的是,最近还没有发现新的抗生素在土壤中的细菌(3]。
研究人员正在探索生态系统土壤发现新的抗生素。科学家们正在研究在地球生物多样性非常高的多的地方:下面的洞穴和矿山地表。有很多未知的细菌和真菌中发现这些生态系统,和他们中的一些人可能会产生新的抗生素1- - - - - -4]。这些细菌可能包括自然的物种链霉菌属丰富的在洞穴和矿山,以及其他罕见的微生物(5]。
数以百计的细菌从洞穴和生长在孤立的研究实验室,看看他们生产抗生素。细菌从矿山在葡萄牙和西班牙南部也进行了研究。阿尔塔米拉洞穴和火山洞穴提供最多的细菌能产生抗生素,和矿山也高百分比的抗生素的细菌。另一方面,细菌分离海洋洞穴在阿尔加维,葡萄牙,几乎是不活跃的。所有洞穴和矿山可以是不同的微生物他们港口,所以我们需要尽可能多的这些地下生态系统的探索。一旦新的抗生素的细菌被孤立,下一步是科学家破译抗生素和化学结构的研究,使细菌的基因产生这些化合物。
不幸的是,不仅有用,抗生素的微生物居住在洞穴和煤矿。两个新颖的细菌物种发现在阿尔塔米拉洞穴可以感染人,导致疾病(5]。所以,有时,参观地下环境对我们的健康可能会有风险。
我们为什么要关心洞穴和矿山?
洞穴和矿山水库是有益的和危险的微生物。然而,大自然为我们提供了有益的,抗生素的细菌对抗危险的致病细菌。是的,洞穴和矿山是迷人的,地下世界,很多人喜欢去。但是我们应该意识到进入这些环境可以构成威胁住在那里的微生物和人类健康。科学家的努力工作和创造力可以帮助我们保护这些地下生态系统和住在那里的抗生素的微生物。我们必须不断地努力平衡访问和探索洞穴和矿山和阻止那些独特的生态系统安全的人为破坏,这样我们就可以继续寻找新类型的有益的,抗生素的细菌,有助于保持人们健康的未来。
资金
金融支持研究洞穴和矿山通过项目0483 _probioma_5_e,在由欧洲地区发展基金的框架内Interreg v a Spain-Portugal程序(POCTEP) 2014 - 2020。
术语表
矿物的形成:↑矿物质形式沉积在熔岩从火山慢慢冷却,或由水蒸发的解决方案如钟乳石和石笋在山洞里。
微生物/微生物:↑生命形式用肉眼不可见的,如细菌和某些种类的真菌和藻类。
生物膜:↑非均匀层紧密地绑定到惰性表面的微生物利用周围的营养和生长。
有机碳:↑碳存在于生物体。
无机化合物:↑一些微生物获取能量从无机化合物,如硫化氢、氨或氢气,二氧化碳产生的碳水化合物。
叶绿素:↑绿色的色素存在于植物、藻类和某些细菌捕捉太阳的能量进行光合作用。
抗生素:↑一种专门的药物杀死细菌和用于治疗细菌感染。
的利益冲突
作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
确认
本文致力于Paula Saiz Esnaola,好奇的心的生物和地质动力本文的兴趣。数据从艾琳Dominguez-Moaino和何塞·路易斯·Gonzalez-Pimentel承认。我感谢戴安娜·e·诺萨普,詹妮弗·j·马歇尔海瑟薇和索尼娅Balasch和她的学生有用的评论的一个早期版本的手稿,曼纽尔阿拉贡,涅尔瓦,西班牙的照片图1和允许使用它在科学文章。作者承认CSIC跨学科主题平台开放的遗产:研究和社会(PTI-PAIS)专业支持。
脚注
1↑虚拟旅游的洞穴和绘画可以看出:https://www.culturaydeporte.gob.es/mnaltamira/en/cueva-altamira/recorrido-virtual.html在这里:https://archeologie.culture.fr/lascaux/fr。
引用
[1]↑Saiz-Jimenez C。、Cuezva年代。Jurado, V。,Fernandez-Cortes, A., Porca, E., Benavente, et al. 2011. Paleolithic art in peril: policy and science collide at Altamira Cave.科学334:42-3。doi: 10.1126 / science.1206788
[2]↑Martin-Sanchez, P。,Miller, AZ. and Saiz-Jimenez, C. 2015. “Lascaux cave: an example of fragile ecological balance in subterranean environments,” in微生物的洞穴系统艾德·a·s·恩格尔(柏林:DeGruiter)。p . 280 - 301。
[3]↑Martin-Pozas, T。,Gonzalez-Pimentel, J. L., Jurado, V., Cuezva, S., Dominguez-Moñino, I., Fernandez-Cortes, A. et al. 2020. Microbial activity in subterranean ecosystems: recent advances.达成。科学。10:8130。doi: 10.3390 / app10228130
[4]↑Cheeptham, N。,and Saiz-Jimenez, C. 2015. “New sources of antibiotics: Caves,” in Antibiotics.当前创新和未来的趋势eds桑切斯和a . l .明天(波特兰,或:Caister学术出版社)。213 - 27页。doi: 10.21775/9781908230546.12
[5]↑Jurado V。,Laiz L。,Rodriguez-Nava V., Boiron P., Hermosin B., Sanchez-Moral S., et al. 2010. Pathogenic and opportunistic microorganisms in caves.Int。j . Speleol。39:15-24。1827 - 806 - x.39.1.2 doi: 10.5038 /