《Journal of Great Lakes Research》：Anaerobic oxidation of petroleum hydrocarbons by microbial communities in bottom sediments of oil-methane seep “Zelenseep” (Lake Baikal) under thermophilic conditions
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贝加尔湖Zelenseep油-甲烷渗漏点底泥中微生物多样性及高温厌氧条件下的石油烃降解功能研究表明，微生物群落（包括Chloroflexota、Actinomycetota等）在60℃下显著降解n-烷烃（90%）和PAHs（95%），且候选类群D8A-2和DTU014在热力学条件中更具优势。
奥尔加·帕夫洛娃（Olga Pavlova）| 达里亚·斯米尔诺娃（Darya Smirnova）| 斯韦特兰娜·切尔尼茨yna（Svetlana Chernitsyna）| 安德烈·哈比耶夫（Andrey Khabyev）| 塔蒂亚娜·波戈达耶娃（Tatyana Pogodaeva）| 维亚切斯拉夫·伊万诺夫（Vyacheslav Ivanov）| 亚历山大·戈尔什科夫（Alexander Gorshkov）| 塔玛拉·泽姆斯卡娅（Tamara Zemskaya）
俄罗斯科学院西伯利亚分院湖泊学研究所，乌兰巴托尔斯卡亚街3号，伊尔库茨克664033，俄罗斯
摘要
我们研究了贝加尔湖“Zelenseep”油- methane渗漏区底部沉积物中的微生物群落多样性以及在嗜热条件下微生物对石油进行厌氧降解的功能活性。当将来自地下和深层沉积物的微生物在含有石油和各种电子受体的培养基中于60°C培养6个月后，n -烷烃的损失高达90%，多环芳烃的损失高达95%。实验表明，在嗜热条件下，底部沉积物中的微生物群落对石油烃类的转化能力优于在嗜冷条件下的转化能力。这些过程中起主要作用的可能不仅是Chloroflexota 、Actinomycetota 、Desulfobacterota 、Atribacterota 、Halobacteriota 和Bathyarchaeia （Thermoproteota ）门中的微生物，还包括属于Bacillota 门的化能异养细菌（如Thermosediminibacteraceae 、Peptococcaceae 、Desulfotomaculaceae 、Thermoanaerobacteraceae 、Moorellaceae 、Symbiobacteriaceae 和Caloramatoraceae 科），以及在贝加尔湖深层沉积物的嗜热条件下具有选择优势的D8A-2和DTU014候选类群的共生微生物。
引言
淡水湖中的天然石油渗漏现象与湖泊位于裂谷带有关。在坦噶尼喀湖（东非裂谷）、查帕拉湖（Citala裂谷）和贝加尔湖（Baikal裂谷）都发现了石油渗漏现象（Kontorovich等人，2007年；Simoneit等人，2000年；Zarate-del Valle等人，2006年）。在坦噶尼喀湖，石油通过断层渗出，这些断层与一个热液系统相关，形成了非常浅的（距离湖底10米）石油源层，这些源层形成于25,000年前。当埋藏的有机物在约250°C的热液中接触时，会产生烃类。坦噶尼喀湖和查帕拉湖的石油中不含n -烷烃和多环芳烃（PAHs）（Simoneit等人，2000年；Zarate-del Valle等人，2006年）。
贝加尔湖位于活跃的贝加尔裂谷带，其特征是存在含气流体排放、天然石油渗漏和天然气水合物沉积（Khlystov等人，2007年；Khlystov等人，2013年；Khlystov等人，2022年；Kontorovich等人，2007年）。烃类渗漏主要发生在深部断层中，这些断层的活动与贝加尔湖盆地的地震活动密切相关（Khlystov等人，2013年）。这些区域的熱流增强，这与热液流体沿断层上升有关（Duchkov等人，1999年；Golmshtok等人，2000年；van Rensbergen等人，2002年）。排放石油中的成岩生物标志物、气体的同位素组成、天然气水合物中的地幔来源氦气以及重氧和氘的存在表明，在贝加尔湖的某些区域，石油和气体从至少2-3公里的深度流向底部表面，那里的温度接近4°C，且处于热压条件（Kontorovich等人，2007年；Khlystov等人，2013年；Krylov等人，2023年；Poort等人，2012年）。
目前贝加尔湖已知有两个正在运行的石油渗漏点，分别位于中央盆地：大泽列诺夫斯卡亚河（Bolshaya Zelenovskaya River）河口对面和戈雷沃伊乌特斯角（Cape Gorevoy Utes）附近（图1a）。这两个区域在存在时间、水柱深度（200-420米 vs 900米）、地质结构和底部地形以及当前石油成分方面存在差异（Khlystov等人，2007年；2022年）。对贝加尔湖石油的分析表明，其来源是埋藏在淡水中的有机物和带入水体的地表植被残余物（Kontorovich等人，2007年）。
大泽列诺夫斯卡亚河口的天然石油渗漏被确定为一种冷渗漏（“Zelenseep”），它释放深部热生成的甲烷和乙烷，并在底部沉积物的上层积累天然气水合物和石油（Khlystov等人，2022年）。石油被鉴定为生物降解的芳香族环烷烃。其成分中未检测到n -烷烃或异戊二烯类；多环芳烃的含量为1800-2200 ppm，其中包括retene（50-90 ppm）和perylene（120-140 ppm）（Khlystov等人，2022年）。
戈雷沃伊乌特斯石油渗漏附近底部沉积物中石油成分的变化以及大泽列诺夫斯卡亚河附近深度生物降解的石油，是由于微生物在厌氧条件下的活动所致。实验研究结果证实了这一点。在10°C的厌氧条件下培养来自石油渗漏区底部沉积物的微生物群落时，n -烷烃的转化率达到35%，多环芳烃的转化率达到65%（Pavlova等人，2022年；2024a）。
“Zelenseep”油- methane渗漏附近的石油从生成源开始有很长的传输路径，并在底部沉积物中长时间积累，那里的温度估计约为60-70°C（Hutchinson等人，1993年；Khlystov等人，2022年；Poort等人，2012年）。这样的条件有利于嗜热原核生物的生长。尽管贝加尔湖底部沉积物的温度始终较低（3.1-5.7°C（Kozhov，1963年），但仍然发现了嗜热细菌。嗜热微生物群落的代表不仅存在于贝加尔湖的深层底部沉积物中，也存在于来自烃类生成区的饱和气体流体中（Pavlova等人，2023年；2024a，b）。因此，高程度的石油生物降解可能是由于厌氧底部沉积物中的微生物利用各种电子受体在高温下进行烃类氧化的结果。
本研究旨在确定“Zelenseep”油- methane渗漏区底部沉积物中微生物群落的系统发育多样性，以及微生物在嗜热条件下对石油进行厌氧氧化过程中的功能活性。
采样
采样
2021年和2022年，在同一坐标52° 64′ 62″ N, 107° 33′ 05″ E使用
G.Yu 研究船上的重力取芯设备采集了两个岩芯（St. 10，GC. 1；St. 41，GC. 1；图1）。岩芯St. 10，GC. 1的沉积物样本对应于
沉积物的岩石学特征
岩芯St. 10，GC. 1的底部沉积物由表面还原的粘土组成。氧化层不存在。在22厘米和32-35厘米的深度，粘土呈凝块状，并含有石油和气体。在55-111厘米深度的沉积物层中发现了天然气水合物。在75-111厘米的区间，天然气水合物层位于石油层中。从111-227厘米的岩芯深度开始，粘土更加致密，含有石油，并伴有hydrotroilite层。
讨论
对从油- methane渗漏区（Zelenseep）附近湖面采集的石油样本的研究表明，这是一种生物降解的芳香族环烷烃石油；成岩生物标志物的值对应于MC2阶段，源岩的埋藏深度至少为3公里（Khlystov等人，2022年；Kontorovich等人，2007年）。石油在还原和嗜热条件下的长期存在促进了以烃类为碳源的微生物的发展。
结论
在大泽列诺夫斯卡亚河附近的长期存在的天然石油渗漏区，石油从其生成源开始经过漫长的传输过程，并在底部沉积物中积累，在那里n -烷烃和多环芳烃在嗜热条件下发生活跃的厌氧生物降解，导致水柱中出现深度生物降解的石油，其中缺乏这些成分。在富集培养中创建的深部沉积层典型条件使我们能够识别其他特征。
CRediT作者贡献声明
奥尔加·帕夫洛娃（Olga Pavlova）： 撰写初稿、数据可视化、研究、数据管理、概念化。达里亚·斯米尔诺娃（Darya Smirnova）： 研究、形式分析。斯韦特兰娜·切尔尼茨yna（Svetlana Chernitsyna）： 研究、形式分析。安德烈·哈比耶夫（Andrey Khabyev）： 研究、形式分析。塔蒂亚娜·波戈达耶娃（Tatyana Pogodaeva）： 研究、形式分析。维亚切斯拉夫·伊万诺夫（Vyacheslav Ivanov）： 研究、形式分析。亚历山大·戈尔什科夫（Alexander Gorshkov）： 撰写、审稿与编辑。塔玛拉·泽姆斯卡娅（Tamara Zemskaya）： 撰写、审稿与编辑、项目管理、资金支持
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢奥列格·M·赫利斯托夫（Oleg M. Khlystov）采集底部沉积物样本。本研究得到了俄罗斯联邦科学与高等教育部项目FWSR-2026-0011（1025031800035-4-1.5.1-1.5.1）的支持。
