Ecology and Applications of Benthic Foraminifera pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Murray, John W.

出品人:

页数:440

译者:

出版时间:2006-10

价格:$ 220.35

装帧:HRD

isbn号码:9780521828390

丛书系列:

图书标签:

• Foraminifera
• Benthic
• Ecology
• Marine Biology
• Paleoecology
• Micropaleontology
• Oceanography
• Sedimentology
• Biogeochemistry
• Environmental Science

《深海微生物生态学：极端环境下的生命韧性与演化》 导言：探索地球上最广阔而隐秘的生物圈 本书深入探讨了地球上最庞大、受人类活动影响最少、同时又对全球生物地球化学循环至关重要的生物群落——深海微生物生态系统。深海，特指光照无法穿透的海洋区域，从数百米到数千米的深度不等，这里不仅是极端环境的代名词，更是地球生命演化适应力的终极试验场。本卷旨在系统梳理当前对深海微生物群落结构、功能多样性、生理适应机制及其在全球碳、氮、硫循环中的核心作用的认知。 深海环境的物理化学特征极为严苛：持续的低温（通常低于 4°C）、极高的静水压力（可达上千个大气压）、完全的光照缺失以及有限的营养物质供应。然而，正是这些看似无法生存的条件，催生了令人惊叹的生物适应策略和独特的生态系统。本书将带领读者从沉积物界面到热液喷口、冷泉区，系统考察这些特定栖息地中微生物如何维系生命活动，并驱动着地球生命支持系统的关键环节。 --- 第一部分：深海极端环境的物理化学基础与生命限制因素 本部分首先为理解深海微生物生态学奠定坚实的背景基础。我们将详细剖析影响深海生命活动的三个主要限制因素：压力、温度和营养稀缺性。 第一章：静水压力下的生命调控 深海的高压环境对细胞膜的流动性、蛋白质的折叠和酶的催化效率构成了严峻的挑战。本章重点阐述了深海微生物（统称为“嗜压微生物”或“派克罗菲尔斯”）为应对高压所演化出的分子机制。我们将讨论： 1. 膜脂重构： 探讨微生物如何通过增加不饱和脂肪酸的比例和调整磷脂头基结构，维持细胞膜在极端压力下的功能完整性和适宜的流动性。 2. 蛋白质适应： 分析深海酶的特殊结构特征，如更紧凑的疏水核心、对压致变性的抵抗力增强，以及在分子水平上维持其构象稳定性的机制。 3. 渗透压调节： 讨论细胞内合成和积累兼容性溶质（如甜菜碱、海藻糖）在平衡细胞内外的渗透压梯度和缓解压力效应中的关键作用。 第二章：黑暗中的能量获取——深海的初级生产力 由于光合作用的缺失，深海生态系统对能量的获取依赖于化能自养（Chemoautotrophy）过程，这是深海食物网的基石。本章详述了驱动深海生态系统物质循环的核心能量获取途径： 1. 硫循环驱动的生态系统： 重点剖析了基于硫化氢（$ ext{H}_2 ext{S}$）氧化的微生物群落，尤其是在深海热液喷口和冷泉（如甲烷渗漏区）中，它们如何固定无机碳，支持巨型底栖生物（如管虫、蛤蜊）。 2. 甲烷氧化与碳封存： 详细考察了好氧和厌氧甲烷氧化微生物（AOM）的代谢途径。AOM在冷泉区和沉积物中扮演着截留向上迁移甲烷的关键角色，直接影响着温室气体通量。 3. 其他能源的利用： 探讨了利用还原态的铁、锰、氢气以及其他化学物质进行能量转化的微生物群体，揭示了深海化学能的广泛潜力。 --- 第二部分：深海栖息地的特异性微生物群落结构与功能 深海并非均质环境，不同的地质和水文特征塑造了截然不同的微生物群落。本部分将聚焦于几个最具代表性的深海栖息地，分析其特有的生态学特征。 第三章：深海热液喷口：高温与富硫的化能合成中心 热液喷口是地球上已知生命密度最高的深海区域之一。我们分析了这些极端环境下的微生物群落分层结构： 1. 黑烟囱（高温区）： 聚焦于依赖高温和高浓度硫化物生存的古菌和细菌，如硫氧化菌和某些极端嗜热的甲烷氧化菌。 2. 混合区与“白烟囱”： 探讨在温度和化学梯度剧烈变化的区域，不同微生物群落如何通过共生或竞争关系形成复杂的微生物垫（Microbial Mats）。 3. 微生物在矿物形成中的作用： 讨论微生物如何通过生物地球化学过程，加速或影响热液流体中金属硫化物矿物的沉淀与结壳过程。 第四章：冷泉与渗漏区：缓慢而持久的生命支持系统 与短暂而剧烈的热液活动不同，冷泉区的流体渗漏持续时间长，但释放的化学物质浓度较低。 1. 甲烷主导的生物地球化学循环： 深入解析了冷泉区沉积物中，厌氧甲烷氧化（AOM）与硫酸盐还原（SRB）之间的紧密耦合关系，这是深海甲烷通量控制的关键环节。 2. 多重共生体： 研究了在这些区域发现的与微生物群落形成共生关系的巨型生物（如双壳类和管虫），它们如何通过宿主体内的化能自养菌获取营养。 3. 沉积物孔隙水中的微生物反应器： 分析了在沉积物深处的梯度中，微生物如何进行硝酸盐还原、反硝化和铁锰氧化还原循环。 第五章：深海沉积物与水柱中的广域微生物生物圈 沉积物和水柱是深海中容量最大的生物圈。 1. 沉积物微生物组： 考察了从表层到深部沉积物中微生物的垂直分布和多样性。重点关注有机质的降解速率、对古老沉积物中残留有机碳的矿化作用，以及深层生物圈的代谢活性与年龄。 2. 深海浮游微生物（HAP）： 探讨了在营养贫乏的深海水柱中，微生物如何利用微量营养物质（如溶解的有机质或低浓度的氧化还原态物质）维持代谢。分析了它们在生物泵过程中的作用，以及如何通过休眠和低代谢状态应对营养饥饿。 --- 第三部分：深海微生物的演化、相互作用与全球影响 本部分将视角从局部栖息地转向更宏大的尺度，探讨深海微生物群落在生命演化史中的地位，以及它们对全球气候和生物地球化学的深远影响。 第六章：深海微生物的演化起源与基因库 深海，尤其是热液喷口，被认为是地球生命起源的潜在摇篮之一。 1. 极端适应基因的进化： 通过比较基因组学方法，识别并分析深海微生物中与耐压性、化能合成能力和极端环境耐受性相关的核心基因簇。 2. 古菌的生态学与生理学： 重点阐述了深海古菌群落（特别是 Crenarchaeota 和 Euryarchaeota 的成员）在深海碳、氮循环中的独特贡献，以及它们在理解地球生命早期形态上的意义。 3. 水平基因转移与适应性： 讨论在高度连通但条件剧变的深海环境中，水平基因转移在快速传播极端环境适应性基因中的作用。 第七章：深海微生物在生物地球化学循环中的调控角色 深海微生物活动对全球生物地球化学循环的贡献是巨大的，但长期以来被低估。 1. 海洋碳循环的“微生物泵”： 除了表层的生物泵，深海微生物对“微生物泵”的驱动作用至关重要。本章量化了微生物对溶解有机碳（DOC）的呼吸消耗和矿化速率，分析了它们如何影响碳在深海的停留时间。 2. 深海的氮与磷循环： 考察了在氧化还原梯度环境下，深海微生物如何完成反硝化、氮固定和氨氧化等关键过程，影响深海的营养盐库。 3. 温室气体通量的调控者： 评估了深海微生物在产生和消耗甲烷、一氧化二氮（$ ext{N}_2 ext{O}$）等温室气体中的净贡献，特别是评估其在气候变化背景下的潜在响应。 第八章：人类活动对深海微生物圈的冲击与未来挑战 随着深海采矿、深海油气勘探和气候变化的加剧，深海微生物生态系统正面临前所未有的干扰。 1. 深海采矿的生态影响： 分析了采矿活动（如深海多金属结核开采）对沉积物扰动、羽流扩散以及对微生物群落结构和功能的短期及长期影响。 2. 全球变暖与深海酸化： 探讨海水温度上升和海洋酸化如何通过影响微生物的酶活性、生长速率和化学物质的溶解度，间接或直接改变深海的生物地球化学速率。 3. 保护与可持续利用的微生物学基础： 提出基于微生物生态学原理的深海环境保护策略，强调理解基线生态功能的重要性，为深海资源的合理开发提供科学依据。 --- 结语：深海微生物学的未来展望 本书总结了深海微生物学从孤立的物种研究向系统生态学和全球功能研究的转变。未来的研究需要更深入地整合高通量测序技术、宏基因组学、稳定同位素示踪以及原位培养技术，以揭示这些极端环境中生命运作的完整图景，并最终理解它们对地球生命存续的不可替代的作用。深海，作为地球上最大的未被充分利用的生物资源库和生态稳定器，其微生物生命研究具有无可比拟的科学和应用价值。

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