黄石嗜热菌同时进行有氧和无氧呼吸挑战科学规范

蒙大拿州立大学长期以来一直是研究附近黄石国家公园许多独特特征的中心，现在该大学微生物实验室的一名博士生发表了一篇关于一些温泉生物如何在极端环境中茁壮成长的论文

Lisa Keller是一名研究生，预计将于今年春天完成她的博士研究，她是一篇新论文的主要作者，她的顾问和导师Eric Boyd是农业学院微生物学和细胞生物学系的教授

这篇题为“温泉化石细菌同时进行有氧和无氧呼吸”的论文发表在《自然通讯》杂志上

Keller正在研究一个名为Aquificales的小组的细菌样本，这些样本是从黄石温泉中分离出来的。她尝试了各种条件，以确定如何在实验室中最好地培养这些生物，以供进一步研究

受先前研究表明Aquificale可以使用元素硫、氢和氧生长的启发，Keller开始探索这些化合物的各种组合是否可以支持生长，特别是在细胞呼吸水平上

细胞分别通过有氧和无氧呼吸呼吸或呼吸氧气或氧气替代品。然而，他们并没有同时做到这两点。至少，这是当时的主流思想

凯勒说：“人们熟悉的一个例子是组成我们自己肌肉的细胞。当我们进行耐力运动时，我们的肌肉细胞会利用大量的氧气，但如果我们的运动水平太高，我们的身体就无法足够快地向细胞输送氧气。因此，我们的细胞会切换到无氧代谢，由于乳酸的积聚而引起灼热感。”

“因此，众所周知，细胞在有氧代谢和无氧代谢之间来回切换，但它们不知道同时进行这两种形式。”

Keller在实验室培养了细菌，观察了实验中硫和氧的水平随时间的变化。她知道Aquificales具有无氧和有氧代谢所必需的遗传，但当她测量硫和氧的量时，她发现硫化物在增加，而氧在减少

这意味着当细菌产生硫化物（一种厌氧过程）时，它们正在使用氧气，这意味着两种代谢都在发生。

“除了这些细胞在呼吸元素硫的同时呼吸氧气外，没有其他解释，”她说

Keller说，这种细菌同时进行这两个过程的能力挑战了我们对微生物如何生存的理解，尤其是在温泉等动态低氧环境中。黄石温泉中发现的许多生物都是古老的生命形式，反映了早期地球上没有氧气时的生命

这项研究的结果揭示了古代生命形式如何适应大约28亿年前开始的地球渐进式氧化

凯勒说：“这真的很有趣，它引发了更多的问题。”。“我们不知道这有多普遍，但它为许多探索打开了大门。”凯勒于2019年在博伊德的实验室开始了她的博士研究，她在北卡罗来纳州立大学获得了微生物学本科学位。当她准备在四月为论文辩护时，她希望毕业后继续在黄石地区进行研究

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Boyd在密歇根州立大学研究微生物过程和地质生物学已有20多年。他指导了27名研究生和50多名本科生，他的实验室的工作被刊登在《纽约时报》（Keller是其中的一员）、PBS和许多世界上最受尊敬的学术期刊上

博伊德说，凯勒是一位特别有动力和好奇心的科学家

“Lisa是一个好奇的人，通过细致的实验，发现了一种独特的现象，然后将时间和精力投入到具有挑战性的发现中，”他说，并补充说，凯勒等基础研究可以对科学和社会产生深远的影响

回顾她的研究，凯勒可以看到她作为一名科学家、作家和传播者成长了多少，这在很大程度上归功于博伊德对本科生和研究生研究人员的高水平指导

“他真的很关心他的学生，他真的希望我们取得成功，”她说。“他还投入了大量的时间和精力来指导我们，让我们提出正确的问题，教我们如何思考实验，如何向广大受众传达我们的科学。我真的很尊重他对科学的看法，我觉得我还有很多东西要学。”