气候变化，淡水细菌面临生存危机

理解水生微生物群落的进化动态对保护生态系统服务至关重要。苏黎世大学的研究人员通过对苏黎世湖及其他欧洲湖泊样本的基因组分析发现，基因组较小的淡水细菌经常经历长时间的适应性停滞，，研究揭示了塑造这些细菌生活方式的特定进化策略。

苏黎世大学湖沼学站研究人员分析的瑞士苏黎世湖水中的微生物多样性。图片来源：苏黎世大学 Martina Schalch

淡水资源仅占地球水量的3.5%，其中只有0.25%可以在地表获取，淡水湖的高生物生产力和微生物活动对生态系统功能和全球碳循环至关重要。淡水湖提供饮用水，支持农业、渔业和娱乐业，对人类生存至关重要。然而，气候变化，尤其是气温升高，破坏了对养分循环和水质维护至关重要的微生物群落，威胁着这些栖息地。

苏黎世大学植物和微生物生物学系微生物进化组学实验室负责人Adrian-Stefan Andrei指出，了解细菌物种在淡水环境中的适应能力对于生态系统的恢复能力和可持续资源管理至关重要。

研究背景与方法

Andrei的研究团队分析了2015年至2019年期间收集的五个欧洲淡水湖的时间序列样本：瑞士的苏黎世湖、图恩湖和康斯坦茨湖，以及捷克共和国的Římov水库和Jiřická池塘。这些研究结果发表在《自然-通讯》期刊上。

研究发现，尽管生态位适应是推动种群多样化和新物种出现的主要进化机制，许多基因组较小的丰富淡水细菌常常经历长时间的适应性停滞。

适应性停滞的挑战

细菌通过利用特化蛋白质来适应环境，这些蛋白质可以分泌到周围的介质中，也可以结合到细胞膜上。在营养吸收、细菌间通讯、检测和响应环境刺激等方面，这些蛋白质发挥着至关重要的作用。然而，研究人员发现，基因组较小的丰富淡水细菌中，这些基因的变异少得令人吃惊，表明它们处于适应性停滞阶段。因此，这些细菌在适应不断变化的环境条件方面可能面临挑战。

适应高峰与环境变化的能力

研究表明，这些细菌很可能已经通过达到理想的蛋白质结构和活性水平而达到了适应高峰。在进化过程中，它们的蛋白质组已经达到了最佳状态，进一步的重大变化对生物体的生存和适应当前的环境既没有好处，也没有必要。这种固有的不灵活性限制了这些生物探索新的遗传变异和有效适应动态环境条件的能力。

气候变化对淡水栖息地构成严重威胁，而淡水栖息地又特别容易受到人为变化的影响。Andrei总结道，了解这些细菌的适应性极限对于应对气候变化和保护淡水生态系统至关重要。通过深入研究这些微生物群落的进化和适应性，可以更好地保护和管理宝贵的淡水资源。

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编译 | LYJ

审核 | Sara
排版 | 绿叶

【参考资料】

https://phys.org/news/2024-05-limited-freshwater-bacteria-vulnerable-climate.htmlLucas Serra Moncadas et al, Freshwater genome-reduced bacteriaexhibit pervasive episodes of adaptive stasis, Nature Communications (2024). DOl:10.1038/s41467-024-47767-7

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