海洋微生物种群：全球变化的潜在生物传感器
长期以来，科学家们通过研究动植物种群，揭示了生态系统的运行机制和生物进化适应。相比之下，海洋微生物种群的研究则面临更多挑战。由于大部分微生物无法在实验室中被分离、培养和遗传分析，科学家难以全面了解其组成和特性。尽管已知这些微生物具有极其丰富的多样性，但其种群层面的特征仍缺乏系统性描述。
近日，西班牙海科学研究所（ICM-CSIC）在《微生物组》期刊上发表的一项研究表明，海洋微生物种群可能成为监测全球变化的重要生物传感器。这项综述研究综合了当前关于海洋微生物种群及其生态系统功能的现有知识，提出通过空间和时间维度对微生物种群的分析，可以揭示全球变化对海洋环境的长期影响。
研究团队负责人拉米罗·洛加雷斯指出：“微生物种群中微小的遗传变异，往往比物种层面的改变更敏感地反映了环境的变化，特别是那些缓慢但持续的全球变化信号。”
据洛加雷斯介绍，如果没有近年来在分子和计算技术方面取得的突破，这类研究将难以实现。现代技术使科学家能够在自然环境中直接观察和分析微生物种群的遗传组成，突破了传统实验室培养方法的限制。
“这些技术使我们能够追踪那些可能与近期环境适应相关的遗传变异，”洛加雷斯补充道。
分子技术推动微生物群落研究
宏基因组学和宏转录组学的广泛应用，使研究者能够以前所未有的深度探索微生物种群的多样性与分布。这些技术突破了传统方法的限制，让科学家可以直接从环境中获取微生物的遗传信息。
此次研究汇总了大量来自非培养水生微生物的数据，揭示了海洋微生物群体中广泛的遗传多样性。研究结果显示，不同微生物种群在空间和环境压力下表现出独特的分化模式，进一步证明环境选择在塑造微生物群落结构方面起到了关键作用，尤其是温度等环境变量。
“这项工作突显了深入理解海洋微生物种群的必要性，”洛加雷斯表示，“掌握其遗传多样性与种群动态，有助于评估其在全球变化背景下的适应能力和脆弱性。”
这项研究基于对150多篇相关文献的综合分析，系统探讨了微生物种群的结构和特征，揭示了种群遗传变异如何与生态过程和进化适应密切相关。
研究还指出，理解海洋微生物群落在全球变化背景下的作用至关重要。作为生态系统中的基础组成部分，微生物承担着诸如营养循环、有机物分解和污染物转化等关键功能，而这些功能的效率往往取决于微生物群落的结构和组成。
因此，研究团队呼吁加强对群体基因组学的研究，以进一步揭示微生物多样性这一尚不充分理解的维度。洛加雷斯预测：“深入解析微生物群落的结构和功能，将有助于我们制定更科学的海洋生态系统管理和保护策略。”
更多信息：Ramiro Logares，《海洋微生物组中的种群解码》，Microbiome（2024）。DOI：10.1186/s40168-024-01778-0
期刊信息：微生物组
由西班牙国家研究委员会提供