将核废料场数据转化为微生物生态系统见解

俄克拉荷马大学领导的一项历时七年的旗舰研究已发表在《自然微生物学》杂志上，该研究探讨了环境压力如何影响不同的生态过程，从而塑造地下水中微生物群落的组成和结构。

这项研究由俄勒冈大学环境基因组学研究所所长周继中领导，重点关注群落组装，即塑造微生物群落组成和结构的动态而复杂的过程。研究人员利用这个概念来了解不同的微生物物种如何栖息在一个环境中，它们如何彼此之间以及与环境相互作用，以及这些相互作用如何影响生态系统的整体功能。

“我们分析了200多个生物地球化学变量，观察了近29,000组相似的微生物，以理论化群落组装过程与环境压力之间的关系，”周说。“我们发现随机组装过程对于塑造群落结构至关重要，但它们的相对重要性随着压力的增加而下降。”

该团队从美国能源部橡树岭现场研究中心(前核废料处理场)约100个井中采集了地下水样本，进行了全面的物理和化学分析以及微生物组分析。

“当我们检查橡树岭的地下水时，我们发现它显示出非常大的环境条件梯度。一些地区受到极高含量的铀、硝酸盐以及各种重金属和放射性金属的污染，”周说。“地下水的pH值大约在2到11之间变化，这为辨别群落组装过程和环境压力之间的关系提供了前所未有的机会。”

他们发现，随着压力的增加，许多物种受到抑制，而那些具有较高耐受性的物种却开始蓬勃发展。然而，在低压力或无压力的环境下，物种生长得更快，导致出生、死亡和迁徙的频率更高。

周说：“我们发现，限制微生物传播的扩散限制、微生物的随机诞生和死亡等过程随着压力的增加而减少，而异质选择(指不同的环境条件有利于不同的微生物)则随着压力的增加而增加。”

通过了解微生物群落如何因环境压力而聚集、繁衍或死亡，专家可以制定策略，通过操纵条件以有利于有益的微生物群落，恢复受污染的场地，特别是地下水环境。

“生物修复依靠微生物来降解或转化污染物，了解群落组装可以优化这些过程，”周说。周说：“我们的研究有助于更深入地了解微生物生态学，特别是群落组装中随机性和确定性过程之间的平衡，并对生态系统恢复、环境监测甚至微生物生态学教育具有广泛的影响。”