拉斯科洞穴黑色污迹中黑色素合成通路的多样性解析：基于碱性/H2 O2 水解与UHPLC-ESI/QTOF技术的真菌色素与洞穴壁面污迹研究

法国拉斯科洞穴因微生物滋生形成黑色污迹威胁壁画保护。研究人员通过碱性/H2 O2 水解结合UHPLC-ESI/QTOF技术，首次揭示10株洞穴真菌通过3-5种通路合成黑色素，并在洞穴污迹中检测到多种黑色素类型。该研究为理解洞穴生物污迹形成机制及开发广谱清除策略提供关键科学依据。

　　

法国西南部的拉斯科洞穴是联合国教科文组织认定的世界遗产，以其旧石器时代的壁画闻名于世。然而，自20世纪40年代开放参观后，洞穴内微生物过度生长导致黑色污迹蔓延，严重威胁壁画保存。尽管先前研究推测这些污迹与真菌黑色素有关，但其具体化学组成和合成机制始终未明。这种认知空白使得针对性清除策略的开发陷入瓶颈——若连污迹的本质都未能解析，又何谈有效治理？

为破解这一难题，法国研究团队在《International Biodeterioration》发表了一项突破性研究。他们从拉斯科洞穴的黑色污迹中分离出10株产黑色素真菌，通过ITS2测序鉴定其分类地位，并创新性地将碱性/H₂
O₂
水解与超高效液相色谱-电喷雾四极杆飞行时间质谱（UHPLC-ESI/QTOF）联用，首次系统解析了这些真菌的黑色素合成通路多样性。研究还直接检测了洞穴壁面污迹中的黑色素类型，为理解污迹形成机制提供了分子层面的证据。

关键技术包括：1）从洞穴不同区域（Apse、Nave、Passage）采集黑色污迹样本并分离真菌；2）通过ITS2序列分析鉴定真菌分类；3）建立碱性/H₂
O₂
水解结合UHPLC-ESI/QTOF的方法，同时检测多种黑色素氧化单体；4）应用靶向MS/MS验证黑色素标志物结构。

研究结果揭示：

1. 黑色微生物的多样性：分离的43株黑色真菌均属于子囊菌门，涵盖4个目（Chaetothyriales、Venturiales等），其中10株代表性菌株包括Alternaria alternata、Ochroconis lascauxensis等，显示洞穴环境选择了广谱的黑色素合成能力。

2. 黑色素类型的鉴定：所有菌株均能通过DOPA（3,4-二羟基苯丙氨酸）途径合成黑色素，但产量差异显著。其中O. lascauxensis的PTCA（吡咯-2,3,5-三羧酸）信号强度是A. alternata的3倍。更有趣的是，部分菌株如A. alternata能同时通过5种通路（DOPA、儿茶酚、GDHB等）合成黑色素，这种功能冗余现象属首次报道。

3. 洞穴污迹的直接证据：在Apse区域黑色污迹中检测到4种黑色素标志物（包括aspulvinone E和去氧bostrycoidin），与实验室培养的A. alternata和A. nepalense菌株特征匹配，证实真菌活动是污迹形成的主因。

这项研究颠覆了传统认知：过去认为真菌通常仅通过1-2种通路合成黑色素，而拉斯科洞穴真菌展现出惊人的代谢可塑性。这种多样性可能源于洞穴特殊环境（如杀菌剂使用）对多重压力适应机制的选择。从应用角度看，针对特定黑色素类型的清除策略可能收效有限，未来需开发广谱处理方法。

该研究的创新价值不仅在于首次揭示洞穴黑色污迹的分子组成，更建立了可推广的分析方法——碱性/H₂
O₂
水解与高分辨质谱联用技术，为其他文化遗产的生物退化研究提供了范式。正如作者强调的，理解黑色素化学多样性是制定有效保护策略的第一步，这项工作为拯救人类共同的文化瑰宝迈出了关键一步。