极地沉积物微生物多样性及互作网络：环南极、南极半岛与北极的比较研究

为解析极地沉积物微生物群落的地理分布规律，研究人员通过16S rRNA高通量测序和元分析，比较了南极半岛(AP)、环南极(CA)和北极三地微生物组成、互作网络及群落构建机制。研究发现CA区域微生物多样性最高但网络稳定性最低，AP富集硫还原菌(Sva1033/Sva0485)，北极则以厌氧甲烷代谢菌为主。该研究揭示了环境异质性对极地微生物群落构建的关键作用，为极地生态保护提供理论依据。

　　

在冰雪覆盖的极地世界，微生物是维持生态系统运转的"隐形工程师"。尽管北极和南极共享极端低温、强辐射等环境特征，但两者在淡水来源、气候响应等方面存在显著差异。以往研究多聚焦单一极地区域，对两地沉积物微生物群落的系统性比较仍存空白。更关键的是，学界对极地微生物如何通过复杂互作形成稳定群落，以及环境过滤与随机过程如何影响其分布格局等核心问题缺乏认知。

中国第39次南极科考队联合多家科研机构，采集了南极半岛和环南极表层沉积物样本，结合NCBI公共数据库中的北极数据，开展了跨极地微生物群落研究。通过16S rRNA基因高通量测序技术，构建了包含4960个OTUs（操作分类单元）的数据集，运用共现网络分析和零模型等方法，首次系统比较了三地微生物的多样性特征、互作模式及群落构建机制。

采样点与环境参数
研究团队在南极半岛和环南极9个站点采集表层沉积物，严格遵循无菌操作规范。环境参数测量显示，AP区域受冰川融水影响显著，而北极站点呈现典型的甲烷富集特征。

不同采样点的α多样性
CA区域的Shannon指数（4.93-6.35）和Chao1指数（903.20-2317.18）均显著高于其他两地。DA04a站点表现出最高Shannon多样性，而北极站点CGB5_10 cm的多样性最低。这种格局可能与CA相对稳定的环境条件有关。

讨论
研究发现AP区域特异地富集了硫还原细菌Sva1033和Sva0485，这与该区域冰川融水输入的硫化物密切相关。共现网络分析揭示CA具有最复杂的网络拓扑结构（平均度值达8.24），但其鲁棒性测试显示节点移除后网络崩溃最快，表明高复杂性未必对应高稳定性。群落构建过程分析显示，AP主要受异质性选择（heterogeneous selection）驱动，CA以非主导过程（undominated processes）为主，而北极群落则显著受扩散限制（dispersal limitation）影响。

结论
该研究首次从多维度揭示了极地沉积物微生物的分布规律：1）环境均质性促进CA维持更高多样性；2）硫循环和甲烷代谢菌分别成为AP与北极的"生物标志"；3）网络复杂性-稳定性的悖论现象挑战了传统生态认知；4）不同极地区域呈现独特的群落构建机制。这些发现发表于《Marine Environmental Research》，不仅填补了极地微生物地理学空白，更为预测气候变化下的极地生态响应提供了理论框架。研究强调，未来极地保护策略需考虑微生物功能群的区域特异性，这对维持极地碳-硫-氮元素循环至关重要。