深海黑暗、高压和剧烈的环境梯度变化，对生活在其中的生命是一种巨大的挑战，而作为地球上最独特的生态系统之一，深海热液喷口为深海生命的生存提供了独特的栖息地。生活于此的化能自养微生物主要依靠氧化从海底喷出的H₂S、H₂等还原性无机物来获取能量、固定CO₂、合成有机物。它们作为关键的初级生产者构成了热液生态系统食物链（黑暗食物链）的基础。因此，化能自养微生物在热液区的物质能量转化、元素生物化学循环以及生态系统的形成与维持中发挥着至关重要的作用。

硫单胞菌（Sulfurimonas）是深海热液环境中重要的一类化能自养菌。它们在全球热液环境中广泛分布，栖息于热液羽流、低温热液流体、热液烟囱、热液沉积物当中，并与热液盲虾等大型生物形成可能的共生关系。但是，其代谢机制、环境适应性与生态贡献都并未为科学家熟知，有待进一步研究发现。

我实验室海洋生命过程与生物资源利用创新团队科研人员通过“蛟龙号”载人深潜，进行了西北印度洋卡尔斯伯格洋中脊热液区微生物多样性调查，发现硫单胞菌丰度在某些热液样品中高达细菌总数的47.5%。为了解其代谢特征与生态功能，团队成员们开展了化能自养微生物的培养技术研究，并成功分离与纯化出代表性的菌种。通过一系列实验，团队成员们首次证实了该类群微生物具有硫还原功能，它们通过耦合着氢气的氧化获得能量，而非此前一直认为的硫氧化细菌（图1）。团队成员们进一步发现，该菌可以通过非直接接触方式进行固体硫的还原，由此揭示了其单质硫还原的关键基因和代谢途径（图2），并且首次发现两种硫还原的途径，即周质多聚硫化物还原酶（PsrA₁B₁CDE）和胞质多聚硫化物还原酶（PsrA₂B₂）共存于一个细菌中。这种特殊组合广泛存在于热液区硫单胞菌中，这为认识其环境适应性与生态贡献奠定了基础，同时，其单质硫呼吸新机制为评估热液区氢能利用与黑暗碳固定的耦合过程提供了新的依据。

图1 硫单胞菌（Sulfurimonas）硫还原过程的显微观察：A.完整的单质硫颗粒 B.细胞直接接触的硫呼吸 D.单质硫还原后形成硫化氢 E.硫粒表面形成凹坑 F.非直接接触的硫还原，同样利用一种未知的机制呼吸单质硫