根據(jù)勞倫斯-利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LLNL)和北亞利桑那大學(xué)的研究人員在《自然通訊》上發(fā)表的新發(fā)現(xiàn)，在整個(gè)地球上的生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的僅僅幾個(gè)細(xì)菌群體就負(fù)責(zé)土壤中一半以上的碳循環(huán)。 新的研究表明，盡管在從四個(gè)不同的生態(tài)系統(tǒng)收集的野生土壤中發(fā)現(xiàn)了多種多樣的微生物分類(lèi)群，但在這些生態(tài)系統(tǒng)中常見(jiàn)的只有三到六組細(xì)菌負(fù)責(zé)大部分的土壤碳消耗。

土壤中的碳含量是地球上所有植被的兩倍，因此預(yù)測(cè)碳是如何儲(chǔ)存在土壤中并作為二氧化碳釋放是了解未來(lái)氣候動(dòng)態(tài)的一個(gè)關(guān)鍵計(jì)算。該研究小組包括來(lái)自太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)、馬薩諸塞大學(xué)-阿默斯特分校和西弗吉尼亞大學(xué)的科學(xué)家，他們正在詢問(wèn)在地球系統(tǒng)和氣候模型中應(yīng)如何考慮這種關(guān)鍵的細(xì)菌過(guò)程。

LLNL科學(xué)家Jennifer Pett-Ridge說(shuō)："在用葡萄糖改良的土壤中，使用葡萄糖衍生的碳最多的細(xì)菌也是使用最多土壤原生碳的細(xì)菌，這意味著一小部分關(guān)鍵分類(lèi)群的行為可能會(huì)影響系統(tǒng)的整體碳平衡"，她是該論文的共同作者，也是LLNL研究土壤微生物組的DOE科學(xué)重點(diǎn)領(lǐng)域的負(fù)責(zé)人。"繪制通過(guò)不同微生物群體的碳流圖對(duì)于開(kāi)發(fā)對(duì)分類(lèi)敏感的土壤碳模型至關(guān)重要，這可能會(huì)減少氣候變化預(yù)測(cè)的不確定性。"

北亞利桑那大學(xué)生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)與社會(huì)中心的博士后研究員Bram Stone領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，現(xiàn)在在太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室工作。"但我們的數(shù)據(jù)表明，當(dāng)涉及到像土壤呼吸這樣的重要功能時(shí)，土壤群落中可能有很多冗余的內(nèi)容。是一些常見(jiàn)的、豐富的行為者在發(fā)揮最大的作用。"

這些細(xì)菌：布拉氏菌、酸桿菌RB41和鏈霉菌--在利用現(xiàn)有的土壤碳和添加到土壤中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)方面比它們較罕見(jiàn)的同行的效率要高得多。當(dāng)碳和氮被添加到土壤中時(shí)，這些已經(jīng)占主導(dǎo)地位的細(xì)菌品系鞏固了它們對(duì)養(yǎng)分的控制，相對(duì)于其他存在的分類(lèi)群，它們吞噬得更多，生長(zhǎng)得更快。盡管研究人員確定了數(shù)千種獨(dú)特的生物，以及數(shù)百個(gè)不同的屬(物種集合)，但只有六個(gè)屬需要占到50%以上的碳使用量，而只有三個(gè)屬需要對(duì)養(yǎng)分增加的土壤中一半以上的碳使用量負(fù)責(zé)。

Pett-Ridge和LLNL的Steven Blazewicz和研究小組使用標(biāo)有重氧同位素(18O)的水作為示蹤劑，對(duì)土壤樣本中發(fā)現(xiàn)的DNA進(jìn)行測(cè)序，跟蹤氧同位素以觀察哪些分類(lèi)群將其納入它們的DNA，這是一個(gè)表明生長(zhǎng)的信號(hào)。這種被稱為定量穩(wěn)定同位素探測(cè)(qSIP)的技術(shù)使科學(xué)家能夠在單個(gè)分類(lèi)群的水平上跟蹤哪些細(xì)菌在野生土壤中生長(zhǎng)。然后，研究小組對(duì)每個(gè)分類(lèi)群的豐度進(jìn)行核算，并對(duì)細(xì)菌消耗土壤碳的效率進(jìn)行建模。包括分類(lèi)學(xué)特異性、基因組大小和生長(zhǎng)的模型對(duì)測(cè)量的二氧化碳釋放量的預(yù)測(cè)比只看每個(gè)細(xì)菌群的豐度的模型要準(zhǔn)確得多。它還顯示，只有少數(shù)分類(lèi)群體產(chǎn)生了研究人員觀察到的大部分二氧化碳。

PNNL微生物組科學(xué)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、該研究的共同作者Kirsten Hofmockel說(shuō)："更好地了解單個(gè)生物體如何促進(jìn)碳循環(huán)，對(duì)管理土壤肥力和減少氣候變化預(yù)測(cè)的不確定性具有重要意義。這項(xiàng)研究將土壤微生物的分類(lèi)和功能多樣性分開(kāi)，并要求我們以一種新的方式考慮生物多樣性。"

關(guān)鍵詞： 細(xì)菌群 土壤 碳 細(xì)菌 地球系統(tǒng)