青藏高原冰川湖沉积物记录的氮转化微生物群落揭示千年尺度气候波动

研究团队通过分析青藏高原尕海湖沉积古DNA（sedaDNA），揭示了1400年来氮（N）转化微生物群落的时序动态，发现群落变化点（769 CE、1286 CE、1850 CE）较气候阶段转换提前0-30年，证实气候波动通过驱动营养盐变化主导微生物演替，为高原湖泊生态响应机制提供新见解。

　　

背景与科学问题
青藏高原被誉为“亚洲水塔”，其湖泊生态系统对气候变化极为敏感。尽管已有研究证实浮游生物群落能响应气候变迁，但氮（N）转化微生物这一关键功能类群是否及如何反映千年尺度气候波动仍未知。更棘手的是，传统沉积物分析方法（如化石、花粉）难以解析微生物群落演替，而长期监测数据匮乏进一步限制了认知。

研究设计与技术方法
中国科学院团队选取受人类干扰极小的尕海湖，通过沉积古DNA（sedaDNA）技术重建1400年来N转化微生物群落动态，结合放射性碳（¹⁴
C）定年与营养盐（TN、TOC、TP等）分析，采用FAPROTAX功能注释和偏最小二乘路径模型（PLS-PM）解析气候-环境-微生物的驱动关系。

研究结果

微生物N转化剖面特征
研究鉴定出1486个参与N转化的OTUs（操作分类单元），群落结构在769 CE、1286 CE和1850 CE出现显著转折，分别对应中世纪暖期（MWP）、小冰期（LIA）和现代暖期（CWP）的气候过渡期。例如，固氮菌Spirochaeta和异化硝酸盐还原菌Anaeromyxobacter在1286 CE锐减，而参与氨同化与硝化的Iamia、Nitrospira等类群则显著增加。

气候驱动的营养盐-微生物耦合
微生物演替与沉积物营养指标高度同步：1286 CE时TN、TOC和C:N比下降，总磷（TP）上升。PLS-PM模型显示气候波动通过改变营养盐（如NH₄
⁺
、NO₃
^-
）可用性直接驱动群落重组，证实了“气候-营养-微生物”级联效应。

讨论与意义
该研究首次在千年尺度上揭示高原湖泊N转化微生物对气候的敏感响应，其变化较气候阶段转换提前0-30年，表明微生物可作为气候变化的早期预警指标。成果发表于《Journal of Great Lakes Research》，为理解脆弱生态系统适应机制及全球变化下的水安全策略提供理论依据。