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古代海底森林中的生物勘探

将近60,000年前,秃头的柏树森林在墨西哥湾附近的史前河流的河岸上繁茂。随着时间的流逝,巨大的树木生长并死亡,巨大的树干倒下并被包裹在泥炭和沉积物的保护层中。

随着海平面上升和海岸线的退缩,这些古老的森林遗迹被埋在阿拉巴马州沿海的海面下,几千年来一直未被破坏。然而,沿海岸的强风暴席卷了海底,开始暴露出这座古老的海底森林。

现在,由美国国家海洋和大气管理局海洋探索与研究办公室(OER)资助的东北大学和犹他大学的科学家团队正在努力挖掘森林的秘密,包括其蕴藏着用于医学和生物技术的新化合物的潜力。

项目概况

随着发现新型工业酶和新药物的需求不断增长,研究人员越来越将目光投向海洋。最近发现,生活在木材上和在木材中的海洋动物及其共生微生物是具有高生物制药和生物技术价值的生物分子的潜在丰富来源。

该原木取材于淹没在莫比尔湾的古老柏树森林中,其中包含数百种海洋生物,它们可以钻入木材或生活在其他生物制成的洞穴中。图片由Brian Helmuth提供。

为此,该研究小组正在探索阿拉巴马州沿海淹没森林的生物多样性和经济潜力,该森林为他们提供了一个异常大,生物多样性和时间稳定的木材相关海洋栖息地。研究小组的重点是在吃木头的“蠕虫”中发现的细菌,蠕虫是一种蛤(teredinid bivalve)。这些“海洋白蚁”将木材转化为动物组织,形成了一条食物链的基础,可以在类似于繁华的珊瑚礁的社区中支撑鱼类,无脊椎动物和微生物的丰富多样性。

研究小组先前对ship虫中细菌的研究工作已导致至少一种抗生素正在研究中作为治疗寄生虫感染的药物,这些细菌的整体生物制药潜力很高。由共生微生物产生的药物化合物对动物的毒性要比自由细菌低,因为这些分子已被动物宿主“预先筛选”。与当前的工业流程相比,它们可以在更低的温度和更低的苛刻条件下进行复制,这意味着可以节省工业应用的成本。此外,阿拉巴马州沿海一带的木材被淹没并掩埋在深层的沙子和沉积物中已有数千年的历史,为发现不寻常的微生物和分子创造了一个孤立而独特的栖息地。

海洋基因组遗留中心主任Dan Distel,潜水安全主任Grant Lockridge和研究员Francis Choi包裹了6万年前的原木,以防潮回岸。进入实验室后,研究人员解剖了木材,以发现里面生活着什么海洋物种。图片由Brian Helmuth提供。


最近的工作

12月初,研究小组前往阿拉巴马州近海航行了研究船E.O.。威尔逊将对该项目进行第一轮现场工作。在潜水的两天中,该小组收集了几块古木,然后带回了多芬岛海洋实验室。从木头上移走了300多只动物,照相并鉴定。其中一些保存为凭证样本,供将来进行DNA分析,而另一些用于创建培养板以供微生物采样。

在100-200个准备好的培养板中,研究小组鉴定了大约100个细菌菌株,其中许多是新细菌,其中12个已经在进行DNA测序,以进一步研究其身份和生产新药的生物合成潜力。此外,将来对收集到的样品进行的分析将使研究人员能够鉴定出能够降解木材成分的任何止痛药和抗菌化合物以及水解酶。这些酶在纸浆,纸张,纺织品,食品,动物饲料,精细化学品和可再生燃料的生产中具有广泛的应用。

研究人员马文·阿尔塔米亚(Marvin Altamia)专注于捕获从阿拉巴马州淹没森林收集的生物的详细凭证图像。这些高质量的图像捕获了海洋生物的形态,可用于物种识别。图像由Brian Helmuth提供。

下一步是什么

迄今为止,科学家们仅采样了古代森林遗址的一小部分,但已经获得了关于陆地植物材料如何支持异常但生产力高的海洋社区的重要见解。随着海平面上升和风暴强度增加,木材的输入将对海洋社区产生越来越大的影响。此处正在进行的工作为我们可能期望看到的深刻变化提供了一个窗口。

该勘探项目由OER的竞争性赠款计划提供资金,与NOAA加强“蓝色经济”的努力直接相关,其中包括海上贸易,国内海鲜生产,健康和可持续的渔业,沿海恢复力,能源生产,旅游和休闲,环境保护以及国家安全。

该项目将为理解和利用类似社区作为医学和生物技术新化合物的来源奠定基础。为了提高探索性工作的价值,研究人员旨在创建有效的工具和资源,以支持未来的发现和教育。

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