在美國內(nèi)華達(dá)州的大盆地地區(qū)，存在著溫度高達(dá)80℃的奇特溫泉——大沸泉（GBS）和桑迪西泉（SSW）。這些滾燙的水域中沒有植物（光合作用在73℃以上無法進(jìn)行），卻隱藏著活躍的微生物王國。傳統(tǒng)理論認(rèn)為，氫氣（H?） 是高溫環(huán)境下微生物的首選"燃料"，因?yàn)樗芨咝Ч┠芮乙子跀U(kuò)散。然而，科學(xué)家們提出了新疑問：在氧氣充足的高溫溫泉中，微生物是否會(huì)像"自助餐廳"那樣，同時(shí)利用多種能量來源？

為解開謎題，內(nèi)華達(dá)大學(xué)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將微呼吸測(cè)量技術(shù)與基因分析結(jié)合。他們發(fā)現(xiàn)：溫泉微生物能利用硫化物、銨鹽、有機(jī)酸甚至甲烷等多種物質(zhì)作為能量源，且沉積物與水體的微生物群落具有顯著差異。這一發(fā)現(xiàn)改寫了高溫生態(tài)系統(tǒng)的能量認(rèn)知——在富氧溫泉中，微生物的能量經(jīng)濟(jì)遠(yuǎn)比想象的多元，氫氣并非"唯一主角"。研究對(duì)理解地球極端環(huán)境生命機(jī)制、探索地外生命生存策略具有重要意義。

研究亮點(diǎn)：顛覆認(rèn)知的三大發(fā)現(xiàn)

能量"自助餐"模式
通過添加不同電子供體（圖1），科學(xué)家首次直接觀測(cè)到：硫代硫酸鹽刺激GBS水體耗氧率提升49倍，有機(jī)酸混合物使SSW沉積物耗氧激增。令人意外的是，被寄予厚望的氫氣僅在GBS沉積物中有效，而在其他樣本中毫無反應(yīng)。

沉積物：隱藏的能量樞紐
沉積物微生物的代謝多樣性遠(yuǎn)超水體群落。例如在SSW溫泉，沉積物能同時(shí)響應(yīng)硫化物、銨鹽、甲烷和有機(jī)酸，而水體微生物僅對(duì)銨鹽有反應(yīng)。這與基因測(cè)序結(jié)果吻合——沉積物中存在更復(fù)雜的菌群結(jié)構(gòu)。

同一菌群，不同"食譜"
通過定量PCR技術(shù)（圖2），科學(xué)家在溫泉霸主Thermocrinis菌中檢測(cè)到三類能量代謝基因（硫氧化soxA、氫酶hyaB、甲酸脫氫fdhA）。令人驚訝的是：水體中以硫氧化基因?yàn)橹?，沉積物中氫酶基因更豐富，證明同一菌群存在功能分化亞群。

關(guān)鍵技術(shù)：Unisense微電極如何捕捉微生物呼吸？

為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)微生物的呼吸活動(dòng)，團(tuán)隊(duì)使用了耐高溫Unisense微電極系統(tǒng)。其操作流程如同給微生物戴上"氧氣手環(huán)"：

原位采樣保真實(shí)：溫泉水體/沉積物樣本在30分鐘內(nèi)完成采集，全程避免氧氣干擾，并保持在80℃恒溫水浴中。

精密電極校準(zhǔn)：

電極在-0.5V電壓下極化15分鐘清除殘余氧氣

用溫泉曝氣水（100%飽和）和抗壞血酸鈉還原水（0%飽和）進(jìn)行兩點(diǎn)校準(zhǔn)

動(dòng)態(tài)呼吸監(jiān)測(cè)：

磁力攪拌防止氧氣梯度形成

先測(cè)量3分鐘基礎(chǔ)耗氧率

注射器注入電子供體后，每6秒記錄一次氧氣濃度（持續(xù)20分鐘）

嚴(yán)格排除干擾：

過濾滅菌水樣作陰性對(duì)照

冷凍-高壓滅菌沉積物作消活對(duì)照

啟示與展望：改寫高溫生命法則

顛覆傳統(tǒng)認(rèn)知
在富氧溫泉中，氫氣并非主導(dǎo)性能源，硫化物、銨鹽等物質(zhì)對(duì)微生物生存同樣關(guān)鍵。這與還原性環(huán)境（如深海熱液口）的能量模式截然不同。

微環(huán)境的戰(zhàn)略意義
沉積物作為"代謝熱點(diǎn)"，其復(fù)雜物理結(jié)構(gòu)為不同菌群提供了專屬生態(tài)位，促成硫循環(huán)、氮循環(huán)、甲烷氧化的共存——盡管后者尚未發(fā)現(xiàn)已知高溫菌（＞72℃）。

警惕基因分析的局限
研究揭示重要警示：即使某菌群攜帶特定代謝基因（如氫酶），也可能因環(huán)境調(diào)控而不表達(dá)相應(yīng)功能。這為未來極端環(huán)境研究提供了方法學(xué)借鑒。

這項(xiàng)研究如同打開高溫生態(tài)系統(tǒng)的"黑匣子"，揭示了微生物在滾燙水域中精妙的能量協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。它不僅重塑了我們對(duì)地球生命極限的理解，更為尋找外星生命提供了新的思維地圖——生命或許正以意想不到的方式，在熾熱星球上悄然呼吸。

丹麥Unisense微電極可穿刺水體、生物膜、顆粒污泥、植物根莖葉、土壤、液體-固體擴(kuò)散邊界層，研究微區(qū)、微生態(tài)的研究系統(tǒng)。微電極尖端僅有幾微米，能刺入樣品中、測(cè)量微環(huán)境、不破壞被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)和生理活性、在極短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到平衡、對(duì)流動(dòng)不敏感等特點(diǎn)?？纱┐痰綄?duì)象內(nèi)部檢測(cè)不同深度(ppb級(jí))的O2、H2、H2S、NO、N2O、Redox、pH、溫度等指標(biāo)變化。