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Gist-Brocades酵母厂位于荷兰鹿特丹市市中心,由于工厂产生大量臭鸡蛋味的气体和含硫废物,因此该厂并不受当地人欢迎。为了讨好厂区附近的邻居,该公司设计了一道除味的工艺,就是用厌氧池来取代密闭出水。因此该厂将80年代中期建的一所中试改成厌氧池,使得硫化物浓度有所下降。但是,当居民在呼吸上松了一口气后,厂里的工人们却注意到了一个奇怪的现象。道理上,氨需要氧进行降解,所以工程师认为厌氧池中的氨氮浓度应该保持不变。但是几个月后,氨浓度仍继续降低,并且开始产生氮气。
出于好奇,该工厂联系了戴尔福特工业大学的生物学家Gijs Kuenen。Kuenen猜测可能是厌氧菌的作用,厌氧菌可能会利用氨和亚硝生成氮气和水。细菌能够进行厌氧氨氧化或厌氧氨氧化反应的观点大约在10年前就已经被提出,但大部分微生物学家都持怀疑态度,因为之前从来没有发现过这种菌,并且也从没见自然发生过。
Kuenen意识到神奇的厌氧氨氧化菌可能会提供一个新的污水处理方法,如果在其他地方也有所发现,那么该菌在自然界中将会非常重要。所以Kuenen决定要研究一下。他的前博士生Marc Strous说“这是一个勇敢的举动,”Marc Strous目前在荷兰的内梅亨大学,“Kuenen开始研究一些他所有同事都认为不存在的东西。”
在氮循环中的作用
电子显微镜有助于揭开未知世界。一次近距离的观察发现,这些微生物体都居住在一个陌生的、内部的、膜结合的隔室内。这是个很大的惊喜,因为就好像跟人类本身细胞一样,只有更加复杂(或真核)的细胞才有这种隔室,我们称为细胞器。简单的“原核”细胞和细菌都没有细胞器。目前我们只知道一种菌,浮霉菌,具有这种结构,因此证明这种微生物属于该门。
浮霉菌非常奇特,因为它同时含有生活中细菌、真菌和古菌三大菌属的功能,因此有些人认为该菌在早期可能跟三大菌属是同一个祖先。DNA的研究将它们明确归类为细菌属。但是他们的内部细胞器使它们更像真菌。同时,该微生物细胞壁中缺少刚性聚合肽聚糖,这使得它们又类似于单细胞膜的古菌。Strous说“它们的出现模糊了细菌的定义”。;
我们并不知道浮霉菌能否进行厌氧氨氧化反应,但Kuenen的团队用氨和亚硝培养出了厌氧氨氧化菌,并观察到培养底物的消失。基因分析证实了该微生物,它们临时命名为Brocadiaanammoxidans;anammoxidans是它们独特的生物化学特性,Brocadia是它们被发现的地方,由于该菌鲜红的颜色从而留给研究者们美好而深刻的印象。
本文发表以后,所有同事的观点一夜之间全部都改变。MikeJetten也是内梅亨大学微生物学家,并且继续从事该项工作,他说“这是一个真正的转折点”。在文章发表前,多数微生物学家不相信会发生厌氧氨氧化。但这之后,该理论得到了广泛的认同,并且厌氧氨氧化菌在地球氮循环中也有了它们应有的位置。
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