上海交通大學(xué)微生物團(tuán)隊(duì)（第二排左五為王風(fēng)平）
深潛歸來(lái)（右一為王風(fēng)平）
近年來(lái)，科學(xué)家在海底及海底沉積物中發(fā)現(xiàn)了多種古菌，并根據(jù)其形態(tài)及生物化學(xué)特征對(duì)古菌開展了定性分類研究。
生活在陽(yáng)光下，我們看慣了飛禽走獸、樹木花草，不會(huì)對(duì)“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”產(chǎn)生懷疑。最近幾十年，隨著海洋科技不斷發(fā)展，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在海洋底部一些黑暗的極端環(huán)境下，也有微生物活動(dòng)的跡象。
最近，上海交通大學(xué)微生物海洋學(xué)實(shí)驗(yàn)室教授王風(fēng)平領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)在《自然—微生物學(xué)》（Nature Microbiology）上發(fā)表文章，解析了深部生物圈一類重要新古菌門——“深古菌”中部分類群的特殊代謝機(jī)制和生物地球化學(xué)功能，為科學(xué)家查明早期生命起源打開了窗口。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)41525011、41506163、91228201、31290232等）的支持。
“深部生物圈”的生命密碼
過(guò)去幾十年里，隨著美國(guó)深海鉆探計(jì)劃（DSDP）和大洋鉆探計(jì)劃（ODP）的實(shí)施，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，海洋底部及沉積物中有微生物活動(dòng)的跡象。
1977年，美國(guó)阿爾文（Alvin）號(hào)深潛器首次在太平洋的加拉帕戈斯（Galapagos）洋中脊發(fā)現(xiàn)了深海熱液噴口和熱液生態(tài)系統(tǒng)?！皬脑缙谂既恍缘暮５卓睖y(cè)，到逐漸通過(guò)大洋鉆探項(xiàng)目來(lái)系統(tǒng)組織開展的系統(tǒng)性探測(cè)，人類已經(jīng)認(rèn)識(shí)到地球上存在兩個(gè)大規(guī)模的生物圈?！蓖躏L(fēng)平告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，“一個(gè)是我們所熟知的由光合作用維持的地表生物圈，一個(gè)便是存在于地球深部由化能作用支持的黑暗深部生物圈?！?/p>
由于探測(cè)手段的發(fā)展，科學(xué)家對(duì)“深部生物圈”的認(rèn)識(shí)才剛剛開始。深海古菌是深部生物圈最重要的發(fā)現(xiàn)之一。多年來(lái)，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，深海古菌產(chǎn)生甲烷、害怕氧氣，并能在高鹽、高溫的極端條件下生長(zhǎng)。研究者們認(rèn)為，古菌有可能是地球上最古老的生命。
“圍繞深海古菌的研究，將豐富我們對(duì)生命極限和起源的認(rèn)識(shí)和理解?！蓖躏L(fēng)平表示。
首次命名“深古菌”
近年來(lái)，科學(xué)家在海底及海底沉積物中發(fā)現(xiàn)了多種古菌，并根據(jù)其形態(tài)及生物化學(xué)特征對(duì)古菌開展了定性分類研究。而高通量測(cè)序和宏基因組技術(shù)的不斷發(fā)展，則讓科學(xué)家獲得了更多的定量研究成果。
由日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的一種尚未命名古菌吸引了王風(fēng)平的注意?！皬?999年發(fā)現(xiàn)到2013年，都沒(méi)有一篇關(guān)于它的論文。”她說(shuō)。這類古菌生長(zhǎng)異常緩慢，難以在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)。并且細(xì)胞體積偏小不宜檢測(cè)（直徑約0.4~0.6微米的球狀顆粒），因此其研究進(jìn)展非常緩慢，科學(xué)家對(duì)它幾乎一無(wú)所知。
王風(fēng)平在日常研究工作中，從許多來(lái)自不同地點(diǎn)的樣品中發(fā)現(xiàn)了這種古菌的存在。“不光在海洋深部，就是我們生活的環(huán)境中，也發(fā)現(xiàn)了它?！蓖躏L(fēng)平說(shuō)。
2013年，王風(fēng)平小組發(fā)現(xiàn)，這類古菌在系統(tǒng)發(fā)育上處于一個(gè)新分支，顯著不同于目前分類已確定的所有古菌門類?！八砹艘活愖匀唤绫容^古老的古菌，因此，我們提議將MCG古菌歸類于一個(gè)全新的門類，命名為‘深古菌門（Bathyarchaeota）’?！蓖躏L(fēng)平表示。
“深古菌”成為目前首個(gè)由中國(guó)學(xué)者提議的古菌門分類。
首次發(fā)現(xiàn)自養(yǎng)乙酸合成
據(jù)推算，“深古菌”在自然界的含量約為2~3.9×1028個(gè)細(xì)胞，是地球上含量最豐富的微生物之一。由于其廣泛分布，研究人員推測(cè)，它可能具有豐富的代謝形式。
隨后，研究團(tuán)隊(duì)與深圳大學(xué)教授李猛和美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所教授Stefan Sievert合作，成功解析了深古菌部分類群的獨(dú)特代謝形式。發(fā)現(xiàn)其同時(shí)具有降解難降解有機(jī)化合物例如芳香烴化合物、幾丁質(zhì)、纖維素等的代謝途徑和利用無(wú)機(jī)碳自養(yǎng)合成乙酸的途徑，提出深古菌是海洋沉積物中碳循環(huán)和生態(tài)系統(tǒng)的核心驅(qū)動(dòng)者。
“我們先從深古菌的基因中找到了能夠自養(yǎng)乙酸合成的基因片段，并克隆了‘乙酸激酶’的基因，驗(yàn)證了這一功能?！蓖躏L(fēng)平告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者，“乙酸可以作為能源支持生物生長(zhǎng)，例如古菌可以利用乙酸合成甲烷，很多細(xì)菌可以利用乙酸異養(yǎng)生長(zhǎng)?！?/p>
這是科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)并證實(shí)古菌具有自養(yǎng)產(chǎn)乙酸的代謝方式。
科學(xué)基金：為交叉學(xué)科指引方向
王風(fēng)平坦陳，從事基礎(chǔ)研究的歷程與國(guó)家自然科學(xué)基金密不可分。
2002年，王風(fēng)平回國(guó)后來(lái)到國(guó)家海洋局第三海洋研究所工作。由于對(duì)基礎(chǔ)研究感興趣，王風(fēng)平只花了兩年時(shí)間便獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的支持?！爱?dāng)時(shí)，我的研究方向在幾丁質(zhì)的降解?！彼f(shuō)。
隨后，王風(fēng)平將大量精力放在深部生物圈的科學(xué)問(wèn)題上。2009年，她還曾登上阿爾文號(hào)，在以“深海熱液口的黑暗生命研究”為主題的航次中，她在瓜伊馬斯海盆下潛到2012米深，成為當(dāng)時(shí)下潛最深的中國(guó)女科學(xué)家。
2013年，王風(fēng)平參與了國(guó)家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“南海深部計(jì)劃”，主要承擔(dān)有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化和碳循環(huán)相關(guān)的研究課題。在她看來(lái)，如今在深古菌上的收獲，與該計(jì)劃中的研究分不開。
兩年后，王風(fēng)平以生物學(xué)家的背景，獲得了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金的支持?！拔沂巧飳W(xué)家的背景，得到的是國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)地學(xué)部的支持。”在她看來(lái)，正是科學(xué)基金對(duì)交叉學(xué)科基礎(chǔ)研究的支持，引導(dǎo)了科學(xué)家在深部生物圈上不斷取得突破。
