人类活动对南极海胆形态发育及肠道菌群组装的扰动效应

本研究针对南极科考站周边人类活动加剧的生态问题，以关键底栖生物南极海胆Abatus agassizii为模型，通过几何形态测量学和16S rRNA测序技术，首次揭示人类足迹导致海胆发育不对称性（FA）显著增强、肠道菌群网络稳定性降低及烃降解菌富集，为南极海洋生态系统健康评估提供了新型生物标志物。

　　

南极大陆曾被视为地球上最后的净土，但随着科考站扩建和旅游活动激增，这片冰雪世界正面临前所未有的环境压力。在菲尔德斯半岛（King George Island），中国长城站等科研基地的运营导致局部海域出现砷(As)、铜(Cu)等重金属富集，这些"人类足迹"如何影响南极特有生物？尤其像Abatus agassizii这类穴居海胆，作为海底沉积物关键扰动者，其发育稳定性和共生微生物组可能成为环境健康的"晴雨表"。

研究人员选择菲尔德斯湾内两个对比站点——毗邻长城站的GW区域和受保护的Ardley岛(AL)，采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析沉积物孔隙水金属含量，通过几何形态测量学量化海胆壳体的波动不对称性(FA)，结合16S rRNA扩增子测序解析肠道菌群特征。样本队列包括60只海胆（形态分析）和26份肠道样本（微生物组分析），所有标本均通过水肺潜水采集自2-8米深海底。

研究结果显示，GW站点沉积物中砷(As)和钾(K)浓度分别达AL区域的25倍和18倍。暴露于此环境的海胆群体表现出显著发育异常：FA水平是AL群体的2倍，壳体形状变异范围更广，特别是育幼囊结构出现畸形。微生物组分析发现GW群体肠道菌群α多样性(Shannon指数)增加1.4倍，但菌群网络模块性降低，关键枢纽菌消失。值得注意的是，GW站点海胆肠道中富集了Woeseia、Desulfosarcina等烃降解菌，其相对丰度与污染环境微生物特征高度吻合。

通过共现网络分析发现，AL站点海胆肠道菌群呈现高度模块化结构（模块性0.47），而GW站点网络结构松散（模块性0.38），且缺乏枢纽菌种。这种"去稳定化"现象与Anna Karenina原则预测的生态失调状态一致。进一步比较发现，虽然两站点沉积物菌群差异较小，但GW站点海胆肠道中243个OTUs发生特异性富集，包括与Cd污染正相关的Flavobacteriaceae菌株。

讨论部分强调，这是首次在南极无脊椎动物中证实人类活动可通过"形态-微生物"双维度影响生物健康。海胆发育畸形可能削弱其沉积物扰动功能，进而影响底栖生态系统物质循环。该研究创新性地将FA指标与微生物组分析结合，为南极生态监测提供了新范式。论文建议将Abatus海胆列为南极特别保护区的优先监测物种，并呼吁建立基于微生物组变化的早期预警系统。成果发表于《Marine Pollution Bulletin》，为南极条约体系的环境管理决策提供了科学依据。