全球海洋微生物网络，来自热带和亚热带远洋带的见解

海洋中充满了各种各样的微生物，包括细菌、古菌和真核生物，它们构成了复杂的微生物网络，对维持海洋生态系统功能至关重要。海洋微生物在养分循环、碳固定和整体生态系统健康中发挥着至关重要的作用。尽管它们非常重要，但不同海洋环境（尤其是热带和亚热带海洋）中微生物相互作用的复杂性和动态性仍未得到充分探索。

一项开创性的研究为这些微生物群落提供了宝贵的见解，强调了古菌、细菌和微型真核生物之间的相互作用如何随着海洋深度、地理位置和环境条件而变化。

海洋微生物网络

海洋中的微生物负责许多生物地球化学过程，包括有机物的分解、营养循环和初级生产。远洋区微生物群落的多样性和复杂性在很大程度上受温度、光照、盐度和营养物质可用性等环境因素的影响。

海洋微生物群落以动态方式相互作用，形成影响其集体功能的网络。这些网络可能复杂且异质，因地理位置、深度和季节而异。了解这些微生物网络对于理解更广泛的生态系统功能至关重要，因为它们在维持海洋健康和生产力方面发挥着至关重要的作用。

有研究发现微生物生态系统具有高度动态性，并且会随着深度和地理位置的变化而发生显著变化。微生物群落的组成可以随着温度、营养物质可用性和光照强度等环境因素而迅速变化。了解不同微生物类群的功能作用的重要性，并指出一些类群可能更多地参与初级生产，而另一些类群可能专门分解有机物。通过绘制这些相互作用，研究人员能够提出一个更全面的海洋微生物网络运作模型。

另一项相关研究考察了南海远洋带的微生物多样性，研究人员发现不同水层的微生物组成存在显著差异。该研究利用高通量测序分析了从地表水到深海的微生物DNA。研究发现，微生物群落的多样性在营养和光照最丰富的地表水中最高。在较深的水域中，微生物群落更加专业化，古菌和其他极端微生物更为普遍。

NCBI 发表的一项研究应用 16S rRNA 测序和基于网络的分析来绘制局部尺度上微生物群落的变化，揭示了远洋和底栖区域的微生物网络有何不同，底栖群落受到沉积物成分和与海底相互作用的微生物群落等更稳定因素的影响。

环境因素在塑造微生物网络中的作用

环境因素是微生物群落结构和功能的关键驱动因素。热带和亚热带海洋以其丰富的生物多样性而闻名，但它们也特别容易受到温度、盐度和营养水平等环境条件变化的影响。这些因素可以显著影响微生物群落的组成和相互作用。

影响微生物网络的最重要环境​​因素之一是温度。热带和亚热带地区的远洋区温度相对较高，这可以增强地表水中的微生物活动和多样性。然而，随着深度增加和温度下降，微生物群落会发生变化。在光线穿透最小的深水中，微生物群落往往更加专业化，特定的类群适应低能量、营养贫乏的环境。

微生物相互作用随深度而变化，表层水表现出更复杂和多样化的网络。相比之下，深水表现出更简单的结构，主要由少数专门的类群组成。

营养物质的可用性是影响微生物网络的另一个主要因素。营养物质可用性较高的地区，例如沿海上升流区附近或河流径流将有机物质引入海洋的地区，往往拥有更多样化的微生物群落。这些地区支持更高水平的初级生产，从而支持更大、更多样化的微生物种群。

然而，营养物过度富集（通常是由于污染）可能导致微生物大量繁殖，从而破坏天然微生物网络。这种现象在热带和亚热带地区都有发现，在这些地区，农业和工业径流等人类活动将过量的营养物引入海洋。在这些环境中，微生物网络可能变得不平衡，某些物种繁盛，而其他物种却因此受损。

新的研究发现

西班牙巴塞罗那 CSIC 海洋科学研究所引导的一项新的研究，研究人员从热带和亚热带海洋的各个远洋区域进行广泛的实地采样。研究人员结合使用先进的海洋学技术和分子工具来收集来自不同深度和区域的样本。然后使用网络分析方法分析数据，以确定微生物相互作用及其在空间和时间梯度上的关系。

这项研究最重要的发现之一是热带和亚热带远洋带微生物相互作用的异质性。研究发现，微生物网络（包括细菌、古菌、病毒和真核生物）并不统一，而是随着深度和地理位置的变化而发生显著变化。这些相互作用受到温度、营养物质可用性和洋流等环境因素的影响。

具体而言，潜在的微生物相互作用会随着深度和地理规模的变化而变化，呈现出高度异质的分布。一些潜在的相互作用是全球性的，这意味着它们发生在同一深度的各个区域，而 11-36% 的相互作用是特定深度内的区域性的。深海带的全球关联比例最低，区域关联随着深度的增加而增加。

另一个重要发现是微生物相互作用的地理变异性。即使在热带和亚热带地区，微生物网络也会因当地海洋条件的不同而不同。这种变异性在洋流、营养成分和盐度水平不同的地区尤为明显。这些发现强调了海洋微生物生态系统的复杂性以及研究微生物动态时考虑当地环境条件的必要性。

研究结结果表明，微生物相互作用对于海洋生态系统的功能至关重要，特别是在调节初级生产、营养循环和碳封存方面。这些过程与海洋的物理和化学特性紧密相关。微生物群落组成在不同海洋深度存在显著差异。例如，地表水通常受营养物径流和光照影响更大，从而塑造微生物群落结构。相比之下，较深的水受上升流动力学和氧气梯度的影响更大，从而导致不同的微生物群落组成。这些与深度相关的变化表明，微生物网络可能根据其所处的深度对环境变化做出不同的反应。

该研究有助于更深入地了解热带和亚热带全球海洋相互作用组，这对于应对全球变化带来的挑战至关重要。

思考

海洋环境中的微生物多样性表现出大规模的空间和时间变异性，在地表水、深水和不同纬度地区存在不同的群落。哪些生态和进化机制塑造了这些模式，它们如何与温度、营养物质可用性和海洋环流等环境因素相互作用？

参考文献：Ina M. Deutschmann, Erwan Delage, Caterina R. Giner, Marta Sebastián, Julie Poulain, Javier Arístegui, Carlos M. Duarte, Silvia G. Acinas, Ramon Massana, Josep M. Gasol, Damien Eveillard, Samuel Chaffron & Ramiro Logares ，Disentangling microbial networks across pelagic zones in the tropical and subtropical global ocean.  Nature Communications volume 15, Article number: 126 (2024) ,doi.s41467-023-44550-y

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