《Anthropocene》：Five centuries of lake deoxygenation and microbial shifts revealed by sedimentary DNA
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缺氧水体积动态与微生物群落适应性演变研究：以蒙科尔特斯湖为例，通过沉积DNA和X射线荧光分析揭示近五百年缺氧体积从54.6万立方米增至101.8万立方米，并呈现持续稳定趋势。微生物群落从需氧型向硫酸盐还原菌和甲烷古菌主导的厌氧型过渡，核心功能保持稳定，验证了长期红氧化分层下的微生物韧性。
特蕾莎·维加斯-维拉鲁比亚（Teresa Vegas-Vilarrúbia）、奥里奥尔·萨克里斯蒂安-索里亚诺（Oriol Sacristán-Soriano）、卡莱斯·M·博雷戈（Carles M. Borrego）、胡安·巴勃罗·科雷利亚（Juan Pablo Corella）、帕兹·埃雷亚（Paz Errea）、特蕾莎·布查卡（Teresa Buchaca）、瓦伦蒂·鲁尔（Valentí Rull）
巴塞罗那大学进化生物学、生态学与环境科学系，Diagonal大道643号，08028，巴塞罗那，西班牙
摘要
全球范围内氧气含量的减少正在引发一场重大的生态危机。水生系统中氧气的流失正在重塑生态系统，改变生物多样性、营养循环以及生态系统的功能。微生物群落作为关键的生物地球化学媒介，对氧气的可用性反应极为敏感，然而在长期氧气流失的情况下，它们的长期变化趋势仍知之甚少。这限制了我们预测生态系统对气候驱动的缺氧现象的响应能力。
我们利用沉积物中的脱氧核糖核酸（DNA）和X射线荧光光谱技术，重建了蒙科尔特斯湖（Montcortès Lake，位于南比利牛斯山脉）五个世纪以来的微生物和氧气动态变化。在工业化前时期（1500–1750年），缺氧水的平均体积为545,560立方米；而1905年后这一数值上升至558,692立方米，并且从1937年开始缺氧状态持续加剧。仪器数据（2013–2020年）进一步证实了这一趋势，其中缺氧水的体积峰值达到了1,018,400立方米，缺氧层深度达到了11.5米。
微生物群落逐渐从适应亚氧化环境的种类转变为以硫酸盐还原菌和产甲烷古菌为主的厌氧菌群落，这反映了历史上的人为压力以及近期由全球变暖导致的缺氧现象。尽管组成发生了变化，但核心的功能特征仍然保持稳定，没有证据表明微生物在长期的氧化还原分层环境下发生了突然的转变。
蒙科尔特斯湖分层现象加剧的时间与人类世（Anthropocene）的开始时间相吻合（根据人类世工作组定义）。该湖泊每年都会形成明显的层状沉积物，并且其中包含了明确的人为影响信号，因此它有潜力被选为全球界线层型剖面（GSSP，即“金钉子”）。
章节摘录
引言
缺氧现象在海洋和淡水系统中日益成为一个全球性的问题，对生物多样性、生物地球化学循环以及生态系统功能产生了深远影响。由于富营养化、气候变暖和分层模式的变化，氧气流失的频率、持续时间和空间范围都在不断增加（Breitburg等人，2018年；Jane等人，2021年）。鉴于氧气在调节地球系统稳定性中的关键作用，缺氧现象最近被提出作为一个新的全球性环境问题。
研究地点
蒙科尔特斯湖（坐标：42o19′50″N, 0o59′41″E）位于南比利牛斯山脉中部，海拔1027米（图S1）。该湖的面积为0.14平方公里，最大深度为32米，流域面积为1.4平方公里。湖泊的水源主要来自一个季节性的入湖口，而富含碳酸盐和硫酸盐的地下水对其水文过程起着主导作用（Corella等人，2019年）。该流域处于地中海低地与以橡树和针叶林为主的山区之间的气候过渡带。缺氧水体积的变化
所有含有非层状沉积物的岩芯均取自距离湖岸约35米以内的区域，水深不超过16米（图S2）。岩芯TR3取自15.6米深处，是沿深度梯度首个出现层状结构的岩芯。在淤泥-粘土层（0–55厘米范围内）中发现了两个层状间隔：一个位于25–30厘米深度之间，另一个位于40–45厘米深度之间（图S5）。岩石地层学证据表明这两个层状间隔之间存在关联。微生物群落动态、氧化状态及环境驱动因素
蒙科尔特斯湖中细菌群落的结构和功能变化反映了它们与氧化状态、环境因素以及间接与气候之间的复杂相互作用。我们分析了过去500年间细菌群落变化与这些驱动因素之间的关系。尽管在所有分析的沉积物区域都获得了清晰且可靠的分类学数据，但从这些数据中得出的功能解释仍属于推断性质。结论
重建结果显示，从工业化前到工业化后，缺氧底部水的平均体积略有增加，而其变化幅度显著减小。尽管该方法具有半定量性质，但结果仍然是一致的，表明缺氧条件趋于更加稳定和持久，这可能是由持续的气候变化和人为因素共同驱动的。对过去五个世纪微生物群落的重建揭示了其逐渐且有序的变化过程。未引用的参考文献
(Caja和Permanyer, 2008; Camacho, 2010; De Vries和Ripley, 2024; Djemiel等人, 2022; Hammer和Harper, 2001; Iwańska等人, 2022; Koopmans等人, 1996; Martinez等人, 2019; Monchamp等人, 2016; Peres-Neto等人, 2006; Quinn等人, 2017; Tamburini等人, 2015; Trapote, 2019; Wickham, 2016)CRediT作者贡献声明
胡安·巴勃罗·科雷利亚（Juan Pablo Corella）：负责撰写、审稿与编辑、方法学研究、数据分析。帕兹·埃雷亚（Paz Errea）：负责撰写、审稿与编辑、方法学研究、数据分析。特蕾莎·布查卡·埃斯塔尼（Teresa Buchaca Estany）：负责数据分析、撰写、审稿与编辑。瓦伦蒂·鲁尔（Valentí Rull）：负责数据分析、方法学研究、撰写初稿、审稿与编辑。特蕾莎·维加斯-维拉鲁比亚（Teresa Vegas Vilarrúbia）：负责撰写、审稿与编辑、撰写初稿、项目监督、资源协调、项目管理以及方法学研究。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。致谢
本研究得到了西班牙经济与竞争力部（MINECO/FEDER）通过项目MONT500（参考编号CGL2012-33665）、MEROMONT（参考编号CGL2017-85682-R）和GLOBALKARST（参考编号CGL2009-08145）的支持；同时得到了大学研究与援助管理机构（AGAUR）通过2021年综合研究小组SGR 01282 ICRA-ENV和SGR 00315的支持；此外还获得了CERCA计划/加泰罗尼亚自治区的额外资助。作者感谢Baix Pallars地区委员会在研究过程中的协助。
