南极半岛西部海域微生物群落时空变异及其气候驱动机制：基于帕尔默站与罗瑟拉站的对比研究

编辑推荐：本研究针对南极半岛西部(WAP)快速变暖背景下微生物群落动态响应机制不清的问题，通过16S/18S rRNA基因扩增子测序和因果效应模型，首次揭示帕尔默站(PAL)与罗瑟拉站(RATS)微生物群落存在显著空间分异：PAL以SAR11 Clade II驱动的细菌互作为主，RATS则以寄生性Syndiniales主导真核生物互作。该成果发表于《Environmental Microbiome》，为极地海洋生态系统对气候梯度的响应提供了新见解。

　　南极半岛西部海域正在经历全球最快的变暖速率（0.46°C±0.15°C/十年），但北部帕尔默站(PAL)与南部罗瑟拉站(RATS)存在显著气候梯度差异。这种差异如何影响极地海洋微生物的群落结构和生态互作，仍是极地生态研究的空白领域。荷兰皇家海洋研究所(NIOZ)领衔的国际团队通过2013-2014年度周期采样，首次系统揭示了WAP微生物群落的时空动态规律及其驱动机制。

研究采用跨学科方法：1) 在PAL(64.77°S)和RATS(67.04°S)采集198个表层水样，同步记录温度、盐度、叶绿素a等环境参数；2) 通过0.2μm/3.0μm分级过滤获得不同粒径微生物，采用V6(16S rRNA)和V4(18S rRNA)区扩增子测序技术获取细菌和真核微生物数据；3) 运用因果效应模型(alIDA算法)构建微生物-环境互作网络，解析关键驱动因子。

主要发现如下：

1. 环境梯度差异：PAL年均水温比RATS高0.87°C，海冰消退早46天。RATS夏季硅酸盐骤降（80→15 μmol/L），暗示硅藻高生产力。

2. 群落结构分异：

• α多样性：PAL细菌ASV丰富度显著高于RATS，真核生物则相近
• 关键类群：PAL以隐藻Geminigera cryophila（夏季占比62.1%）为特征，RATS以硅藻Corethron inerme（100-200 μm）为主
• 寄生生物：Syndiniales在RATS冬季占比达40%，显著高于PAL(16.5%)

3. 互作网络特征：

• PAL：SAR11 Clade II（非优势亚群）驱动28.2%正效应和37.4%负效应，揭示"稀有类群"的生态杠杆作用
• RATS：62.3%负效应由Syndiniales驱动，其中Group II Clade 10/11主导宿主-寄生网络
• 温度效应：在PAL环境-微生物互作中占比>43%，显著影响Gammaproteobacteria和Cryptophyta

该研究创新性地揭示了：

1. 气候梯度通过温度和海冰差异塑造微生物群落组装，北部PAL更依赖细菌驱动的碳循环，南部RATS则受真核寄生网络调控；
2. 寄生性Syndiniales的越冬能力挑战了低温抑制寄生虫的传统认知，暗示极地特有种的适应性进化；
3. SAR11 Clade II与多营养级微生物的广泛互作，为极地海洋"微生物泵"功能提供了新证据。

这些发现为预测气候变化下极地海洋生态系统的响应模式建立了重要基线，特别是指出需关注：1) 区域性气候差异对生物地球化学循环路径的影响；2) 寄生-宿主动态对碳输出的调控；3) 稀有类群在生态系统稳定性中的关键作用。未来研究应整合病毒和古菌数据，并开展多年度验证。