氣候變暖讓土壤微生物變強了！研究者：別太樂觀

中國生物技術網

中國科學院微生物研究所

天變熱了，“我”也變強了

氣候變化的影響是廣泛而深遠的。關於全球變暖如何影響動植物和人類的生存，已經有了許許多多的研究。但微生物的處境怎麼樣？人們的認識還相對匱乏。

“這很大程度上是因為技術的不足。”論文共同第一作者、現為清華大學助理研究員的郭雪對《中國科學報》說，“直到2010年起，宏基因組技術逐步成熟，人們才有了研究微生物群落的有效方法。”

周集中在2009年建立實驗站時，已經意識到這項技術將在未來幾年發展壯大。他知道，是時候為這裏的土壤微生物做一個“編年史”了。

研究人員在樣地上建立了24個人工增溫樣地，以24個常溫樣地作為對照。增溫樣地采用紅外燈不間斷加熱。從2010年到2014的5年間，增溫樣地的土壤溫度持續增加，他們逐年研究了土壤樣本中的微生物生態網絡變化。

“生態網絡是指在一定環境下，生物之間相互協作、相互拮抗的複雜關系，包括捕食、寄生、競爭和共生等。”論文共同第一作者、美國加州大學伯克利分校博士後袁夢婷向《中國科學報》解釋，“具體到微生物，我們無法直接觀測到它們在功能上的複雜相互作用，因此創新性地用數據模擬構建了微生物物種間的互作網絡。”

那麼溫度究竟會怎樣影響微生物生態網絡的複雜性和穩定性呢？在開展研究前，科研人員有兩種假設：一方面，根據代謝生態學理論，生物在較高溫度下生長更快、更加活躍，彼此之間的相互作用也會更加密切，由此推測增溫會增加物種組合的複雜性，讓生態網絡變得更加穩定；另一方面，根據人們對氣候變暖的認識，升溫會對一些物種產生破壞性影響，因此微生物生態網絡也可能會削弱甚至崩潰。

經過連續5年的研究分析，他們發現增溫樣地上的微生物生態網絡變得比對照組更加複雜和穩定。

“根據我們通常的理解，氣候變暖正在降低生物多樣性、破壞生態系統的穩定和功能。但這項研究顯示，至少這裏的土壤微生物展現出了面對環境變化時強大的緩沖和適應能力，這可能對維持草地生態系統的功能有一定正面作用。”論文通訊作者周集中說。

定位實驗增溫設置。課題組供圖

看不見的軍團大有可為

從人類的視角看去，微生物似乎是天生的“配角”，我們很少意識到這些數不清、看不見的小小生命，在發揮多麼巨大的作用。

但近幾年加速發展的微生物生態學認為，在應對全球變暖的種種“副作用”時，微生物可能是我們需要倚仗的一支強大軍團。

2020年《科學》雜志發表的一篇綜述文章指出，在世界上許多地區，幹旱的發生頻率和持續時間正在增加，而根系微生物的存在能大大提高植物對幹旱的抵抗力，並且能幫助提升農作物產量。文章作者建議：“我們有必要將生態學與植物、微生物和分子方法相結合，這是使作物生產更能適應未來氣候的關鍵。”

“保護微生物和微生物之間的相互作用，對減輕氣候變暖引起的生物多樣性喪失及生態系統功能破壞，可能是非常重要的。”周集中說，“其實現在科學家已經有了一些方法，比如通過向土壤中添加有益微生物，提高植物的生長速率和抗性，以抵消氣候變化帶來的減產。”

測定土壤微生物呼吸。課題組供圖

我們對氣候變暖過慮了嗎？

“在更溫暖的世界中，相關的生態系統功能可能沒有那麼脆弱。”論文如此寫道。

這似乎是一個比較樂觀的結論，難道我們沒必要過分擔心全球變暖給地球生物帶來的影響嗎？

研究人員表示，這個問題比想象中複雜。首先要看到，這只是在一個區域開展的定位實驗，在多大程度上適用於其他生態系統還需要更多研究。

事實上，前不久一篇發表在《全球變化生物學》上的論文就指出，在增溫和幹旱條件下，青藏高原高寒草地底層土壤微生物變得“又懶又低效”——“分解者”功能和“貢獻者”功能均顯著降低。

“這兩篇論文放在一起讀很有趣。”袁夢婷說，“我們研究的區域（美國中部平原和青藏高原）、對象（表層土壤微生物和底層土壤微生物）和側重點（微生物生態網絡和微生物功能）不同，得出的結論——微生物對氣候變暖的響應也存在極大差異。這正說明，這是一個很複雜的研究領域，而我們了解的還很少很少。”

“這項研究中，最令我印象深刻的就是微生物表現出的強大適應能力。”郭雪說，“事實上，地球氣候在一直變遷，總會有一些生物能適應新的環境，最終也總會形成新的生物群落。”

他們做研究的持續增溫樣地上，植被在不斷演替，適應高溫的植物變得越來越多， 鼴鼠們越來越喜歡在這裏打洞築巢，2018年他們第一次發現了一棵仙人掌。與此同時，實驗人員的工作卻變得越來越辛苦，中暑的頻率越來越高。

“還是那句話：地球不需要拯救，人類需要拯救的是自己。”郭雪說，“連微生物都在努力適應氣候變化，我們人類更應該采取行動，積極地應對。”

相關論文信息:

https://doi.org/10.1038/s41558-021-00989-9

10.1126/science.aaz5192

10.1111/gcb.15541

2020年熱文精選

1. 杯具了！滿滿一紙杯熱咖啡中，滿滿的塑料微粒…

2. 美英澳科學家《自然醫學》再添力證：新冠病毒乃自然進化產物，或有兩種起源…

3. NEJM：間歇性禁食對健康、衰老和疾病的影響

4. 一年內治愈失眠！研究發現：改善睡眠，你或許只需要一條沉重的毯子

5. 哈佛新研究：僅12分鐘的劇烈運動，能為健康帶來巨大的代謝益處

6. 第一項人類干預試驗：在大自然裏“摸爬滾打”28天，足以提高免疫力

7. 垃圾食品是“真.垃圾”！它奪走了端粒長度，讓人老得更快！

8. Cell解謎：不睡覺真的會死！但致死的變化不是發生在大腦，而是腸道…

9. 《自然通訊》超大規模研究：血液中鐵的水平是健康與衰老的關鍵！

10. 不可思議！科學家一夜之間逆轉動物“永久性”腦損傷，還讓老年大腦恢複了年輕態…