在阿塔卡马沙漠这种极端高海拔、多重恶劣环境条件下，临时形成的湖泊为活跃的异养微生物群落提供了生存空间

《Science of The Total Environment》：Temporary lake sustains active heterotrophic microbial communities in poly-extreme high-altitude environments of the Atacama Desert

微生物活动与群落结构在巴兰卡拉斯白平原临时湖泊周边土壤梯度中的动态及其生态意义。

　　在地球上最极端的环境中，微生物的存在和活动一直是一个令人着迷的课题。本文研究的是位于南美洲的Puna de Atacama地区，这个高海拔荒漠以其极端的环境条件而闻名，包括极低的降水量、强烈的紫外线辐射、低温以及低氧环境。这些因素使得该地区成为研究微生物如何在不利条件下生存和活动的理想场所。研究人员发现，一个临时湖泊对这一区域的微生物群落产生了显著影响，尤其是在土壤表面，靠近湖泊边缘的区域显示出较高的微生物丰度和活性，表明湖泊在维持生命方面具有重要作用。

Puna de Atacama的高海拔特性意味着该地区通常缺乏液态水，这在很大程度上限制了生物活动。然而，临时湖泊的形成为这些微生物提供了关键的水力支持。湖泊可能通过冰川融化、季节性积雪或冻土层的活动而形成，这些水源的周期性出现可能成为微生物生存和繁殖的热点。研究团队在BB平原上建立了70米长的土壤湿度梯度，从湖泊边缘延伸至一个干燥的参考点。通过对土壤和湖底沉积物的采集与分析，他们发现湖泊区域的微生物活性远高于干燥地区，这为理解高海拔荒漠中的微生物生态提供了重要线索。

在这些极端环境中，微生物表现出高度的适应能力。它们能够通过休眠状态来应对水分和营养的限制，这种策略使得它们能够在环境变化时存活下来。此外，某些微生物具有灵活的代谢途径，能够在不同条件下迅速激活。例如，当水变得可用时，它们可以“复苏”，重新启动代谢活动。这种能力在研究中得到了验证，尤其是在湖泊边缘附近的土壤中，微生物的丰度和活性显著高于远离湖泊的区域。

研究还揭示了湖泊对微生物群落结构的影响。尽管距离湖泊的远近对微生物群落构成了一定的限制，但土壤深度在决定微生物组成方面发挥了更关键的作用。在湖泊沉积物和土壤样本中，主要的微生物类群包括变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota），这些微生物在高寒生态系统中被发现具有重要的异养功能，能够降解复杂的有机聚合物。这些微生物可能来源于湖泊中的水生甲壳类动物或微生物席状结构，它们在湖泊扩张时被覆盖，而在湖泊收缩时暴露于土壤表面，为微生物提供营养来源。

研究中采用的多种分析方法，如ATP含量测定、荧光素二醋酸酯（FDA）水解活性分析以及DNA提取技术，使得研究人员能够准确评估微生物的活性和组成。这些方法揭示了湖泊对土壤微生物的积极影响，尤其是在靠近湖泊的区域。例如，ATP含量和FDA水解活性在湖泊附近的土壤表层达到峰值，表明这些区域的微生物代谢最为活跃。相比之下，湖泊水体中的微生物丰度较低，但湖泊沉积物和土壤表层中的微生物却展现出显著的活性，这可能与湖泊提供的营养和水分有关。

此外，研究还关注了微生物在生态系统中的作用。湖泊不仅为微生物提供了生存条件，还可能通过微生物循环（microbial loop）连接微生物群落与更高营养级的生物。这种循环涉及微生物对有机物的降解，释放出的营养物质被其他生物利用，从而形成复杂的营养网络。研究发现，某些微生物类群，如变形菌门中的克劳氏菌目（Caulobacterales）和黄单胞菌目（Xanthomonadales），以及拟杆菌门中的拟杆菌目（Sphingobacteriales）和几丁质降解菌目（Chitinophagales），在降解复杂有机物方面表现出色，这可能与湖泊中的有机物质来源有关。

在湖泊的边缘，研究人员还发现了微生物席状结构，这些结构可能成为湖泊收缩时的有机物来源。微生物席状结构富含有机碳，能够支持异养微生物的活动，从而在湖泊与周围土壤之间形成一个动态的生态联系。这些结构的存在表明，即使在极度干旱的环境中，某些区域仍可能成为生物活动的热点。

研究还发现，湖泊对周围土壤的生态影响不仅限于微生物的丰度和活性，还可能影响整个生态系统的结构。例如，湖泊附近的土壤微生物群落与远离湖泊的土壤群落存在显著差异，这可能与湖泊提供的水分和营养有关。这种差异在统计分析中得到了验证，表明湖泊在塑造微生物群落结构方面具有重要作用。

总体而言，这项研究揭示了湖泊在极端环境中维持生命活动的关键作用。尽管Puna de Atacama的高海拔和干旱条件限制了大多数生物的生存，但临时湖泊为微生物提供了必要的水分和营养，使其能够维持较高的活性和丰度。这些微生物可能通过降解有机物，为更高级的生物提供营养支持，从而形成一个活跃的生态网络。研究结果不仅有助于理解高海拔荒漠生态系统的功能，也为全球生物地球化学循环和生态系统的保护提供了新的视角。此外，这些发现还可能对天体生物学研究产生影响，因为类似的极端环境可能存在于其他星球上，为探索外星生命提供了参考。