神秘的海洋微生物，你了解多少？

海洋占据地球表面积的71%，其生态环境极为复杂，孕育着丰富的生物资源。在人类已知的150余万种微生物中，约7.2万种存在于陆地的表面（注：2006年数据），其他则存在于海洋中。

从海绵（Ircinia）中收集的部分微生物 / wikipedia

为充分了解、利用海洋微生物资源，科学家花费了大量的精力分离海洋微生物。1881年，罗伯特·科赫（Robert Koch）创立固体培养基划线分离纯种法，为微生物培养奠定了坚实的基础。而后的百年多，科学家在应用中不断探索新型培养基营养配方，并开发新型技术，在实验室中模拟自然环境进行微生物培养。

罗伯特·科赫 / wikipedia

培养基 / wikipedia

然而，直到目前仍有许多微生物未被分离。一方面，目前的技术无法充分模拟自然环境的基本组分，比如深海环境、极地环境，这直接导致在实验室中进行微生物培养时，微生物生长曲线发生改变，微生物迟缓期延长，培养时间增加，部分微生物可能需要百年才可形成菌落；另一方面，某些微生物太过稀少，稀释分离时可能会丢失，导致分离失败。此外，还有一些微生物对环境有特定的适应要求，比如季节等。它们在生长地便长期处于休眠状态，偶尔处于活跃状态。对于这类微生物，即使我们模拟出了其生长环境，它们也仍不能很好地生长。

地球上的典型极端环境：a. 冰川；b. 戈壁；c. 热泉；d. 盐湖；e. 海底火山；f. 自然形成的酸性河流

近年来测序技术日益成熟。现今高通量测序技术（NGS）在分析微生物多样性、种群结构、进化关系的基础上，可进一步探究微生物群体功能活性、相互协作关系及与环境之间的关系，发掘潜在的生物学意义。微生物培养的必要性受到了一定的怀疑。

深渊斜坡沉积物中微生物的生态潜能预测

但是这种看法正在改变，因为高通量测序的局限性已经显现：测序技术只能对细菌功能进行推测，但其确切的生态作用和生理作用仍需要通过细菌分离培养来确定。

现在，仍有很多科学家对细菌分离保持热情，他们也想出很多办法去解决目前所存在的问题，比如，开发复苏促进因子刺激休眠细胞的生长，多种细菌混合培养进一步模拟细菌生长环境，等等。

随着科技的进步，细菌培养所遇到的难题可能会得到解决。但考虑到海洋环境的复杂性和微生物家族的庞大，从海洋环境中分离培养所有微生物也是不可能的。因此，科学家尝试先找出与海洋环境密切相关的微生物进行培养。他们为这些微生物制定了标准：相对丰度较高；在生物地球化学或生物降解中发挥关键作用；具有生产天然产物的潜力；与已培养的微生物类群具有很大差异。

我们相信，在未来的某一天，我们会充分了解海洋微生物在地球生态环境中的作用。

最后附上一张微生物的美图！

微生物作画（李健豪等，2022）

参考资料：

[1]Da Shuai Mu, Yang Ouyang, Guan Jun Chen, Zong Jun Du. Strategies for culturing active/dormant marine microbes[J]. Marine Life Science & Technology,2020,3(2).

[2]微信公众号“全国博士生学术会议”文章《挑战生命的极限：极端环境微生物》

[3]微信公众号“检验医学科”文章《公卫·科普 | 高通量测序技术 —— 打开病原体诊断的“钥匙”》

[4]Zhou Y L, Mara P, CuiG J. et al. Microbiomes in the Challenger Deep slope and bottom-axis sediments. Nat Commun 13, 1515 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-29144-4

(“科普向蔚蓝”海洋科普创作大赛获奖作品)