现代酸性矿山废水环境中真核微生物的多样性、生物地球化学特征及其对地球早期古环境的指示

The acid mine drainage (AMD) environment is considered as a modern analog to the environment in the early Earth. Despite the low pH, high metal content, and nutrient-deprived nature of the environment, both prokaryotes and eukaryotes thrive in the AMD, particularly Euglenids. The unique biochemistry of Euglena, its physiology, biogeochemical signatures, and its ability to form Fe-rich stromatolites give us a broad implication in understanding its biochemical evolution and the paleoenvironmental conditions existent on primitive Earth. This research aims to study Euglena-rich biofilms collected from an AMD site , and the stromatolites formed by them, through systematic study of their microscopic structures and lipid biomarker identification. This will further our understanding about the microbial community structure of AMD biofilms and stromatolites, and contribution of microeukaryotes in forming them. Simultaneously, we will also study the stable carbon isotope ratios of lipid biomarkers (hydrocarbons, including wax esters) to explore the biosynthetic pathways these microorganisms follow as survival mechanism in such extreme conditions. We plan to combine the isotope results, microscopic studies of pure culture of Euglena in the lab, environmental parameters measured in the field, and biomarker analysis, to rebuild the processes of formation of biofilms and Fe-stromatolites, and thus correlate the modern AMD with the primitive Earth when such conditions could have existed. Overall, this research will throw light on the rise and evolution of eukaryotes, oxygenation of the early atmosphere, formation of BIF , and environmental evolution of early Earth.

现代酸性矿山废水(AMD)环境被认为是地球早期环境的理想对应物。AMD的环境恶劣，但仍然栖息着丰富的原核和真核微生物，特别是Euglenids种群，对于理解地球早期生命演化和环境演变等方面具有重要的指示作用。本课题拟以从AMD环境中获取的、以真核微生物Euglena为主的生物膜及由其形成的富铁叠层石结构为主要研究对象，系统研究其显微结构和及脂类生物标记化合物，进而指示栖息于此的真核微生物的群落结构及其特点以及它们在形成生物膜和富铁叠层结构中的贡献；同时，测定其标志性脂类化合物（甾醇和蜡脂）的稳定碳同位素比值，结合原位环境参数的测量和Euglena的室内培养，推断在不同微环境条件下Euglena不同的的代谢机制和生物合成途径。在此基础上，重建AMD环境中生物膜及由其形成的富铁叠层石构造的过程，将今论古，为阐述地球早期真核生物的演化、氧气的产生、条带状富铁建造的形成以及早期环境演化等提供线索。

现代酸性矿山废水(AMD)环境被认为是地球早期环境的理想对应物。AMD的环境恶劣，但仍然栖息着丰富的原核和真核微生物，特别是Euglenids种群，对于理解地球早期生命演化和环境演变等方面具有重要的指示作用. 本项目用于中国酸性矿坑水（AMD）环境中的生物地球化学研究，通过微生物生物膜及其脂质生物标志物，推断真核微生物的群落结构和特征，可能的代谢机制和途径生物合成，发现影响和新的研究动机。. 微生物生物膜和叠层石采集于广东省云浮酸性矿井，其脂质生物标志物分析揭示了以Euglena为主的微生物群落丰富。云浮AMD生物膜中含有高浓度的中长链正构烷烃有别于前人的发现，推测是由真核生物Euglena代谢形成。此外，存在烷烃偶数碳高于奇数碳的特点。推测高浓度的中长链的正烷烃，和偶数碳高于奇数碳的优势很有可能作为在酸性环境中真核微生物所形成的普遍的生物标志，指示了在原始地球的真核生物演化环境和过程。. 我们在四种不同的pH条件成功培养了Euglena。经过脂质分析，在更低的pH条件下会合成更多的多不饱和脂肪酸（PUFA），指示了碳链以及不饱和度的增加可能是作为在酸性条件下Euglena存活机制的关键因素。. 微生物长链烷烃是可以替代石油衍生燃料的可再生生物燃料，无需昂贵且能量密集的化学转化。AMD环境如云浮矿山可以作为天然烷烃生产的现代环境，然而还需要进一步的相关研究和合适的生物传感器的开发，来评估酸性真核微生物体用作生物燃料生产来源的前景。. 通过研究发现早期真核生物的繁殖和演化与其线粒体、线粒体中的电子转移受体如氢化酶体和纺锤体的进化有着复杂的关系。因为在线粒体相关的氢化酶体和纺锤体的电子转移过程中生成了脂类如磷脂脂肪酸。我们总结了线粒体的特征和功能，及其内部的电子转移受体的结构为未来更深入的研究提供参考和新的思路。