深海热液环境是地球上天然的极端环境之一,孕育着活跃的生态系统。深海热液环境被认为可能是地球上生命起源和早期进化的地点,吸引着来自不同领域的科学家们的目光。冲绳海槽和马努斯海盆是西太平洋中正在活动的典型的弧后盆地,科学家们在这两个地区的地质环境和热液地球化学性质方面已经有了深入的研究,但在热液区沉积物微生物生态系统方面的研究甚少。中国“科学号”海洋科学综合考察船对冲绳海槽中段的伊平屋北、伊平屋脊热液区和东马努斯海盆的Pacmanus、Desmos热液区进行了科学考察,采集了深海沉积物样品,为深海热液微生物生态系统的研究提供了宝贵的材料。本研究论文对“科学号”两次科考采集的八份沉积物样品进行了研究,分析了沉积物微生物群落的组成、代谢和运行的能量来源,试图揭示微生物深海热液环境的适应机制。本论文的研究结果表明,伊平屋北、伊平屋脊、Pacmanus和Desmos热液区沉积物微生物群落具有很高的微生物多样性。在微生物组成方面,均以细菌为主,古菌的丰度明显低于细菌的丰度。变形菌是微生物群落中最具优势的菌群,尤其是α-和γ-变形菌纲。广古菌门是伊平屋北和伊平屋脊热液区微生物群落的主要古菌类群,是甲烷代谢的重要参与者;奇古菌门是Pacmanus和Desmos热液区微生物群落的主要古菌类群,参与氨氧化过程。化能自养微生物是群落的初级生产者,其重要成员包括氨氧化细菌、氨氧化古菌、亚硝酸盐氧化菌、硫氧化菌和产甲烷古菌等,它们利用多种碳固定途径同化CO₂,制造有机物。环境中的NH₄⁺、NO₂^-、H₂和还原性硫化物等是冲绳海槽和东马努斯海盆热液区沉积物微生物群落运行的能量来源,而甲烷仅是伊平屋热液区微生物潜在的能源物质。在伊平屋热液区沉积物微生物群落中发现了厌氧甲烷氧化古菌和细菌,它们分别可以通过硝酸盐还原耦联的反向产甲烷途径和“intra-aerobic denitrification”途径利用甲烷。在八个微生物群落中,硝化作用和反硝化作用是微生物群落的主要氮代谢过程,硫酸盐还原和硫化物反向硫酸盐还原的氧化过程是主要的硫代谢过程。NO₃^-和SO₄^2-是微生物所利用的重要电子受体。本论文针对伊平屋北和伊平屋脊热液区沉积物样品,分析了微生物群落形成和运行的机制。借鉴海洋沉积物早期成岩模型,结合本研究在微生物群落代谢方面的分析结果,我们认为:有机物降解产生的小分子物质促进了微生物群落的形成,甲烷代谢是微生物群落运行的一种驱动力,促进了碳、氮和硫元素在群落内的循环;在沉积物深度剖面上,微生物分层分布,以处理微生物对氧和营养盐的需求、底物抑制效应和微生物间的互利关系。此外,我们还探究了深海微生物对沉积物环境的潜在适应机制。DNA修复系统是深海热液微生物的一种生存机制,微生物利用DNA修复系统修复极端环境对基因组造成的损伤,从而维持核酸结构的稳定。微生物还可改变细胞膜中心磷脂和磷脂酰甘油的比例,通过多种ABC转运系统、阳离子/H⁺反向转运系统和机械敏感性离子通道调控胞内多胺、Na⁺、K⁺以及渗透压调节剂（如甜菜碱、脯氨酸和海藻糖）的含量,从而维持细胞的渗透压和pH稳态。本论文在伊平屋北、伊平屋脊、Pacmanus和Desmos热液区沉积物微生物生态系统的诸多研究发现均属首次。本研究的结果有助于我们理解深海微生物群落形成和运行的机制,揭示深海微生物的热液环境适应机制,加深我们对深海热液生态系统的认识。