在海洋深處，沿著構造板塊的邊界，熱液噴口噴出熱流體。這些液體缺乏氧氣，富含鐵、錳和銅等金屬，並可能攜帶硫化物、甲烷和氫氣。當熱水與附近寒冷的、富含氧氣的海水相互作用時，就會形成由煙霧狀的金屬硫化物顆粒組成的熱液流。

熱液羽流從海底升起數百米，並分散到離其源頭數千公里的地方，熱液羽流可能看起來是不適宜的環境。然而，最近發表在《自然-微生物學》上的一項研究顯示，特定的細菌能夠在這些看似不穩定的地方茁壯成長。

科研船Polarstern在格陵蘭島冰面上進行考察PS86，距離Gakkel海脊的西部火山區約4000米。資料來源：阿爾弗雷德-魏格納研究所/Stefanie Arndt

第一作者、德國不來梅馬克斯-普朗克海洋微生物研究所的Massimiliano Molari說：”我們詳細研究了Sulfurimonas屬的細菌。到目前為止，這些細菌只知道在低氧環境中生長，但基因序列偶爾也在熱液羽流中被檢測到。正如它們的名字所表明的，它們已知使用來自硫化物的能量。”人們認為它們是從海底通風口相關的環境中被沖到那裡的。但是我們想知道，這些煙羽是否真的可能是一個適合Sulfurimonas組的一些成員的環境”。

由Antje Boetius教授博士領導的Polarstern團隊。後排，從左起。Gunter Wegener, Massimiliano Molari, Mirja Meiners, Rafael Stiens, Antje Boetius, Fabian Schramm, Norbert Rieper。前排。Andreas Türke, Yann Marcon. 資料來源：阿爾弗雷德-魏格納研究所/Stefanie Arndt

艱難的採樣條件

因此，Molari與來自阿爾弗雷德-魏格納研究所、不來梅港亥姆霍茲極地和海洋研究中心（AWI）以及不來梅大學MARUM海洋環境科學中心的同事一起，對北極中部和南大西洋的熱液羽流進行了一次具有挑戰性的採樣之旅。

“我們在以前從未研究過的超低速擴張脊的極偏遠地區對羽流進行採樣。收集熱液羽流樣品是非常複雜的，因為它們不容易被找到。”馬克斯-普朗克海洋微生物研究所的組長兼AWI主任Antje Boetius解釋說，他是北極任務的首席科學家，當羽流位於2500米以上的深度和北極海冰之下，或者位於南大洋的風暴區內時，取樣就變得更加困難。

極光公司在加克爾海脊（北極中部）的熱液噴口。水下攝像系統OFOS拍攝的熱液噴口（左上角，由紅色箭頭表示）和煙囪（右邊的黃橙色結構）的快照，這使得在考察PS86期間確定熱液噴口領域的位置成為可能。資料來源：巡航報告

在研究船Polarstern上，科學家們設法收集樣本，並在這些水中研究細菌的組成和代謝。

裝備精良，分佈廣泛

莫拉里和他的同事發現了一個新的Sulfurimonas物種，叫做USulfurimonas pluma（上標”U”代表未培養的），棲息在寒冷、氧氣飽和的熱液羽流中。令人驚訝的是，這種微生物使用煙羽中的氫氣作為能量來源，而不是硫化物。科學家們還調查了這種微生物的基因組，發現其基因組被強烈削弱，缺少其親屬的典型基因，但卻很好地配備了其他基因，使其能夠在這種動態環境中生長。

“我們認為，熱液羽流不僅分散了熱液噴口的微生物，而且還可能在生態上將開闊的海洋與海底棲息地連接起來。我們的系統發育分析表明，USulfurimonas pluma可能來自一個與熱液噴口相關的祖先，它獲得了更高的耐氧性，然後擴散到整個大洋。然而，這還有待進一步調查”，Molari說。

對其他羽流的基因組數據的研究表明，USulfurimonas pluma在世界各地的這些環境中生長。Molari說：”顯然，它們在寒冷、氧氣飽和和富含氫氣的熱液羽流中找到了一個生態位，這意味著我們必須重新思考我們對深海中硫磺類動物的生態作用的想法–它們可能比我們以前認為的要重要得多”。