揭示“黑箱”：从微生物视角探讨微量元素的生物地球化学过程

《Environmental Science & Technology》：Illuminating the Black Box: Trace Element Biogeochemistry from a Microbial Perspective

　　微生物驱动汞砷转化机制及环境模型整合研究。摘要：本文探讨微生物在汞和砷循环中的作用，分析其代谢、解毒及甲基化等过程，强调需结合微生物群落活性实验量化污染物转化，以整合到环境模型中预测污染扩散和人体暴露。

　　

微生物过程对环境中微量元素（如汞（Hg）、砷（As））的转化和命运起着关键作用，但微生物转化速率的复杂性以及人类活动的影响为建立这些过程的概念模型和定量模型带来了诸多挑战。本文重点探讨了影响环境中微生物活动的因素，包括氧化还原反应、能量产生、资源限制以及生态和进化等方面。在此背景下，我们对比了汞和砷的循环过程，这两种元素的微生物转化具有遗传基础（例如基因 hgcAB、mer、arsH），这些基因参与微生物的 (i) 代谢（如将砷酸盐转化为亚砷酸盐）、(ii) 解毒（如将二价汞（Hg(II)）还原为挥发性汞（Hg(0)）、(iii) 战略用途（如将亚砷酸盐转化为高毒性的三价甲基砷（As(III)）），或 (iv) 尚未知的功能（如将汞（Hg(II)）甲基化为有毒的甲基汞）。我们主张采用实验方法来量化感兴趣的污染物转化过程，并结合相关的微生物群落活动指标进行分析。这种以微生物为中心的框架有望推动相关研究的进展，从而有助于将微生物特性整合到用于预测环境和人类污染物暴露的概念模型和定量模型中。