墨西哥云林蝾螈皮肤微生物群中土地利用历史的印记：农业与牧业活动的差异化影响

《Microbial Ecology》：Imprints of Land Use History on the Cutaneous Microbiota of Mexican Cloud Forest Salamanders

本研究针对墨西哥云林栖息地破碎化及土地利用历史对两栖动物皮肤微生物群的影响这一关键问题，开展了关于不同历史土地利用类型（农业 vs. 牧业）对六种共栖蝾螈皮肤细菌群落（SBC）及环境细菌群落（EBC）影响的研究。结果表明，历史土地利用类型显著影响了SBC的组成、结构和多样性，特别是牧业用地导致微生物α多样性降低。研究为理解生境恢复过程中微生物群落的重建及其对宿主健康的影响提供了新见解，对两栖动物保护具有重要启示。

　　

在墨西哥，云雾缭绕的高山森林——云林，是生物多样性的热点区域，尤其以种类繁多的无肺螈科（Plethodontidae）蝾螈而闻名。这些依靠皮肤呼吸的两栖动物，其皮肤上栖息着复杂多样的微生物群落，这些微生物如同隐形的铠甲，在保护宿主免受病原体侵袭等方面扮演着关键角色。然而，这片珍贵的生态系统正面临着农业和畜牧业扩张带来的严重威胁，大片的原始森林被砍伐，转变为农田或牧场。尽管一些被破坏的区域随后被废弃并逐渐恢复为次生林，但过去的人类活动是否在这些森林以及依赖其生存的蝾螈皮肤上留下了不可磨灭的“微生物印记”？这种印记又会对蝾螈的健康产生怎样的影响？特别是面对全球两栖类的主要杀手——蛙壶菌（Batrachochytrium dendrobatidis, Bd）的威胁时，这些变化是否会影响蝾螈的抵抗力？这些问题对于理解生境变化对野生动物微生物组的影响以及制定有效的保护策略至关重要。

为了解答这些疑问，由墨西哥国立自治大学（Universidad Nacional Autónoma de México）的Angel F. Soto-Pozos、Eria A. Rebollar、Sean M. Rovito和Gabriela Parra-Olea组成的研究团队，在墨西哥韦拉克鲁斯州中部的次生云林片段中展开了一项细致的研究。他们的研究成果发表在生态学领域的重要期刊《Microbial Ecology》上。

本研究主要运用了几项关键技术方法：研究在墨西哥韦拉克鲁斯州中部选取了8个具有不同历史土地利用背景（4个曾用于农业，4个曾用于牧业）的次生云林片段作为采样点。研究人员通过主动搜索法采集了6种共栖的无肺螈科蝾螈样本（共111只）以及其所在环境的样本（共77份）。使用无菌拭子涂抹法收集蝾螈皮肤和环境样本的微生物DNA。通过扩增16S rRNA基因的V4区域并进行Illumina高通量测序，来解析细菌群落的组成。利用生物信息学软件QIIME 2对测序数据进行处理，包括质量过滤、Amplicon Sequence Variant (ASV) 划分、系统发育树构建以及α和β多样性分析。同时，采用TaqMan实时荧光定量PCR技术检测皮肤样本中蛙壶菌（Bd）的感染情况。

差异 between environmental and salamander skin bacterial communities.

研究人员首先比较了环境细菌群落（EBC）和蝾螈皮肤细菌群落（SBC）。结果发现，无论在历史上是农业用地还是牧业用地的森林片段中，EBC的α多样性（包括物种丰富度Observed ASVs、香农指数Shannon index和系统发育多样性Faith's PD）均显著高于SBC。这意味着环境中的细菌种类远比皮肤上的丰富。同时，EBC的β多样性离散度（beta dispersion）也高于SBC，表明不同环境样本之间的细菌组成差异更大。通过主坐标分析（PCoA）基于加权UniFrac距离（Weighted UniFrac distances）发现，EBC和SBC的细菌群落结构存在显著差异。线性判别分析效应大小（LEfSe）和微生物组偏误校正分析（ANCOMBC）进一步鉴定出在两类土地历史背景下，EBC和SBC中分别有显著富集的特定ASV和细菌家族。例如，在农业用地历史的片段中，环境中富集Sphingomonadaceae，而蝾螈皮肤上富集Pseudomonadaceae；在牧业用地历史的片段中，皮肤上Pseudomonadaceae和Comamonadaceae的相对丰度较高。这些结果表明，蝾螈皮肤并非被动地承载环境中的所有细菌，而是具有选择性地招募特定类群，但这种招募过程受到历史土地利用所塑造的环境条件的影响。

Influence of historical land-use on salamander skin bacteria.

接下来，研究聚焦于历史土地利用类型本身对蝾螈皮肤细菌群落的直接影响。分析显示，综合考虑所有蝾螈物种时，历史上为农业用地的森林片段中的蝾螈，其皮肤细菌群落的α多样性（Observed ASVs, Shannon index, Faith's PD）显著高于历史上为牧业用地的片段。当按海拔（上云林>1900米，下云林<1900米）进行分层分析时，这种差异在上云林片段中依然显著，但在下云林片段中仅部分指标有差异。β多样性分析表明，两种历史土地利用类型下的蝾螈皮肤细菌群落结构在未加权和加权UniFrac距离上均存在显著差异。LEfSe分析鉴定出8个ASV在农业用地历史的片段中显著富集，而牧业用地历史片段中未发现富集ASV。ANCOMBC也发现了多个在不同土地历史类型中丰度存在差异的细菌家族。这些发现强有力地证明，数十年前的土地利用方式，通过改变土壤理化性质、植被结构等环境因素，对现今生活在次生林中的蝾螈皮肤微生物群落产生了持久的影响。其中，牧业活动似乎对微生物多样性产生了更为负面的长期效应。

Skin bacterial diversity on Aquiloeurycea cafetalera.

为了排除不同蝾螈物种本身可能对其皮肤微生物组的影响，研究人员单独分析了分布最广的物种Aquiloeurycea cafetalera。结果显示，对于该单一物种，其皮肤细菌群落的α多样性在不同历史土地利用类型的片段之间没有显著差异。然而，β多样性分析却揭示，A. cafetalera的皮肤细菌群落结构在农业和牧业历史用地之间依然存在显著差异，这种差异在上、下云林片段中均被检测到（尽管在下云林片段中，加权UniFrac距离的差异不显著）。这表明，即使对于同一种蝾螈，其皮肤微生物的组成（谁在那里）也受到历史土地利用的塑造，但群落的丰富度和均匀度（有多少，是否均匀）可能更受宿主物种本身特性的控制。这突出了在评估环境影响因素时，区分宿主效应和环境效应的重要性。

Prevalence and infection load of the pathogen B. dendrobatidis.

在整个研究区域，蛙壶菌（Bd）的感染率极低。在111只被检测的蝾螈中，仅有5只呈阳性，总体感染率为4.54%。感染负荷也较低。历史上为农业用地和牧业用地的片段之间，Bd感染率无显著差异。这种低流行率可能与无肺螈科蝾螈自身较强的免疫防御能力有关，也可能与其皮肤上存在具有潜在抗真菌功能的细菌类群（如本研究中发现的Comamonadaceae, Enterobacteriaceae, Pseudomonadaceae）有关。但由于阳性样本数过少，土地利用历史通过影响微生物组来间接影响Bd感染动态的假设在本研究中难以深入验证。

讨论与结论

本研究清晰地表明，墨西哥云林的土地利用历史在次生林恢复数十年后，依然对其中的环境细菌群落和蝾螈皮肤细菌群落留下了深刻的“印记”。特别是过去的畜牧业活动，与较低的微生物多样性相关。这种影响可能源于畜牧业对土壤环境的长期改变。相比之下，轮作式的雨养农业由于有休耕期，可能对土壤微环境破坏较小，甚至可能通过增加养分有效性而有利于微生物多样性的恢复。研究还发现，历史土地利用的影响有时甚至超越了不同蝾螈物种本身对微生物组的塑造作用，凸显了环境因素的重要性。

尽管Bd感染率很低，但研究在蝾螈皮肤上检测到了一些已知具有潜在抗真菌功能的细菌家族，这为未来探索这些细菌是否贡献于蝾螈对Bd的抵抗力提供了线索。例如，通过可培养技术或宏基因组学方法进一步验证这些细菌的抗真菌功能，将是下一步有趣的研究方向。

总之，这项研究强调了在保护生物学中考虑微生物维度的必要性。它指出，次生云林，尤其是那些历史上为农业用地的区域，具有重要的保护价值，因为它们能够支持更丰富的微生物多样性，这可能对维持两栖动物种群健康至关重要。在规划保护区和生态恢复项目时，应将土地的历史使用情况作为一个关键考量因素，因为不同的历史用途可能意味着生态系统需要不同的恢复时间或辅助修复措施。通过将微生物多样性纳入保护框架，我们可以更全面地理解生态系统的恢复力，并制定更有针对性的策略来保护两栖动物免受日益增长的威胁。