在我們的環境中,元素硫不僅僅是一種化學元素,它的轉化過程涉及微生物的活動,這些微生物在進行代謝過程中能夠將元素硫轉變為氫硫化物(H2S)。這一過程主要由硫還原菌進行,這些微生物利用無機硫化合物作為電子受體,在缺氧環境中進行呼吸、產生能量及維持增長。
這些細菌不僅存在於深海熱液噴口和火山熱泉等極端環境中,還在許多淡水環境中被發現。
微生物的硫還原作用早在早期研究中便得到了證實,其中一個重要發現是來自泥漿中的一種振鞭菌,這種細菌使用硫作為電子受體,以氫作為電子供體進行反應。1976年,第一個純培養的硫還原菌物種,Desulfuromonas acetoxidans被發現,並由Pfennig和Biebel描述為不具還原硫酸鹽功能的厭氧硫還原和醋酸氧化細菌。
硫還原菌目前已知涵蓋大約74個屬,這些細菌分佈於不同的棲息地,如深海和淺海熱液噴口、淡水和火山酸性熱泉等。許多硫還原菌屬於Thermodesulfobacteriota門,還有黃色單細胞生物Gammaproteobacteria和Campylobacterota等。
除了Sulfur減少菌外,細菌如Proteus、Campylobacter、Pseudomonas和沙門氏菌也具有硫還原的能力。
硫的還原代謝是一個古老的過程,主要分布在系統發生樹的深支中。該過程使用元素硫(S0)生成氫硫化物(H2S)作為主要產物。許多硫還原菌能夠通過礦物硫呼吸生成ATP,這些菌種包括Wolinella、Ammonifex和Desulfuromonas等。
值得注意的是,有些強制發酵的細菌如Thermotoga和Thermosipho也能夠還原土壤中的元素硫,這些細菌在極端環境中特別重要。
Pseudomonadota門是一個主要的革蘭氏陰性細菌門,這些細菌具有廣泛的代謝能力。大多數成員都是兼性厭氧或絕對厭氧、化能自養或異養的生物,並且許多能夠用鞭毛移動。
氫硫化物的產生不僅影響著微生物社會的生態平衡,還對環境化學有重要影響。深海熱液噴口和火山熱泉中的這些微生物通過再循環元素硫及其化合物,促進了氮和碳的生物地球化學循環。一些細菌如Acidithiobacillus ferrooxidans具有在極低pH值(1-2)的極端環境中增長的能力,並能夠促進銅和其他金屬的溶解,也是此過程的重要參與者。
從硫的還原到氫硫化物的形成,這個過程不僅展示了微生物的奇妙生態功能還顯示出在極端環境中它們所承擔的環保責任。這些微生物的研究不僅提高了我們對火山活動的理解,還對未來的生態系統管理提出了挑戰。我們是否已經認識到微小生命形式對於維持地球環境的關鍵角色?