微生物群落没有“孤岛”

　　科学家在美国夏威夷山谷进行的一项研究表明，即便是几乎所有动植物赖以生存的微生物，也是一个更大的生态系统的一部分。

　　研究人员一直倾向于孤立地研究这些微生物群落——例如在动物内脏和豆科植物根部的固氮结节中发现的微生物群落。但是，通过对瓦胡岛瓦伊米亚山谷各处的细菌进行采样和分析，一个研究小组发现，每一种生物的微生物组事实上都是存在于更广阔环境和食物链下层生物中的一个子集。

　　“真正令人惊讶的是这些微生物在宿主和栖息地的传播程度。”檀香山市夏威夷大学微生物生态学家Anthony Amend说，他是进行这项调查的二十多位研究人员之一。“看来我们之前一直戴着眼罩。”

　　Amend在本月于肯塔基州路易斯维尔市举行的美国生态学会年会上展示了他的研究成果。他说，不要只考虑单个的微生物群落，而是要想一想完整的“生态微生物群落”。

　　加利福尼亚州帕洛阿尔托市斯坦福大学生态学家Kabir Gabriel Peay听取了相关会议报告，他补充说，这项工作“很有可能让我们全面了解微生物是如何在环境中以及跨环境传播的……如果我们真的想知道微生物群落是如何组装的，这种方法真的很关键”。

　　在过去几十年里，夏威夷大学的Margaret McFall Ngai对鱿鱼体内的生物性发光微生物的研究，揭示出微生物及其宿主之间的联系是多么紧密。如今，她认为，夏威夷群岛对微生物的作用可能和它对其他动植物群落的作用是一样的——为测试关键的生态原则提供一个实验室。

　　同时，Ngai意识到，夏威夷大学新聘请的微生物组研究人员拥有完成这项工作所需的专业知识。她的同事很快就接受了这个想法，并且他们认为瓦伊米亚山谷是一个很有前景的地点。瓦伊米亚是一个只有12公里长的分水岭，它包含了从干燥海滩到热带雨林的各种各样的栖息地。

　　为了采集微生物，学生和教师在山谷中分散活动。她们收集植物、动物、土壤、岩石、溪流，甚至海洋样本，潜水员们则在山谷底部的珊瑚礁中对微生物进行盘点。研究人员分析了样本中的所有脱氧核糖核酸（DNA），并将这些序列与已知生物体的DNA数据库进行了比较。

　　田纳西大学诺克斯维尔分校微生物和生态系统学家Stephanie Kivlin说：“我想不出还有谁曾做过这样广泛的努力。”她补充说：“我们从未想过观察附近动物体内的微生物会如何影响植物……他们发现了这种非常好的模式。”

　　这些数据显示了嵌套的微生物群落，这类似于俄罗斯套娃。土壤和独立生存的样本包含了最广泛的微生物。初级生产者——植物和藻类——的范围次之，尽管这只是在山谷环境中看到的多样性的一个子集。以植物和藻类为食的动物又是前者的一个子集，而食肉动物的微生物群落多样性则是所有生物中最少的。

　　Amend及其同事得出结论，景观中的微生物为生存在宿主体内的微生物奠定了基础。在某种程度上，每个有机体在食物链中的位置决定了它能获得什么样的微生物。

　　许多研究人员曾认为，一个有机体的微生物群落以某种方式在环境中播下种子，但很少有人对此进行过深入研究。瑞士苏黎世联邦理工学院微生物生态学家Colin Averill研究过土壤微生物对生长在上面的树木的影响。他说，这项研究“展示了我们的世界是多么的紧密相连，甚至一直延伸到微生物水平”。Averill指出，瓦伊米亚山谷的调查“意味着我需要采取一种更为广泛的方法”。

　　这项研究还揭示了一些微生物广泛存在到令人惊讶的地步。Amend报告称，许多所谓的海洋真菌在河流甚至陆地上都很常见。这让Peay感到很惊讶。“这表明它们的生命周期或自然历史可能比我们之前想象的更为复杂。”

　　Amend及其同事现在希望观察整个生态系统中的微生物是如何传输活动的。他们将在实验室培育的草莓幼苗和关在笼子里的、由实验室饲养的无菌果蝇带到瓦伊米亚山谷的不同地方，希望了解它们如何从环境中获得微生物群落，及其新的微生物客人如何影响它们的健康和繁殖属性。

　　“这可能会有一个实际的回报。”Peay说，“了解动植物如何获取它们的微生物群落，有可能改善恢复生态系统的努力，提高农业可持续性，以及治疗疾病。”

　　作者：赵熙熙 

　　来源：中国科学报 2019年8月30日    

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