南极古老微生物垫中细菌的脂质温度敏感性揭示种内多样性及其极端环境适应机制

本研究针对南极麦克默多冰架千年干燥微生物垫中的存活细菌，通过分离12株细菌（Paenisporosarcina macmurdoensis和Arthrobacter sp.）并分析其在不同温度下的脂质组成，揭示了非脂肪酸类脂质的分类诊断价值及种内脂质多样性对温度波动的适应意义。研究发现两类细菌的烃类和醇类脂质存在显著差异（如Arthrobacter sp.含不饱和烯烃，P. macmurdoensis含未知类异戊二烯醇），且高温促进脂质丰富度，为理解极端环境下微生物生存策略及古样本生物标志物解读提供了新视角。

　　

在南极极端寒冷与干旱环境中，千年历史的微生物垫如同封存的"时间胶囊"，蕴藏着微生物跨越世纪存活的奥秘。这些微生物长期暴露于-17°C均温、季节性融水的剧烈温度波动中，却仍保持代谢复苏能力。然而，其分子适应机制，尤其是膜脂质如何响应温度变化以维持细胞功能，仍是未解之谜。西班牙国家航空航天技术研究所（Centro de Astrobiología, CSIC-INTA）的María ángeles Lezcano团队通过分析麦克默多冰架千年微生物垫中复苏的细菌，首次揭示了脂质多样性在种内水平对温度适应的关键作用。

研究采用16S rRNA基因分析鉴定菌株，通过生长曲线测定温度耐受范围，结合气相色谱-质谱（GC-MS）全面解析脂质组成。重点关注脂肪酸（如iC_16:0、aC_17:0）、烃类（如C_31:1烯烃）及醇类（法尼醇）等三类脂质在不同温度下的动态变化。

温度敏感性的脂质揭示细菌种内多样性
从12株分离菌中选取4株（2株P. macmurdoensis和2株Arthrobacter sp.）进行温度梯度实验。P. macmurdoensis在0-20°C范围内展现典型的嗜冷特性，而Arthrobacter sp.表现出5-25°C的更广耐受性，属于耐冷菌（psychrotroph）。

脂质组成与浓度的温度依赖性
总脂含量（10-13 mg·g^-1 dw）相对稳定，但P. macmurdoensis在5°C时脂质产量骤降50%，暗示此温度可能触发其他保护机制（如胞外多糖合成）。脂肪酸占主导（83±4%），其中支链脂肪酸（iso/anteiso）占比高达49±5%，显著高于直链饱和酸（9±4%）。

分类特异的脂质标志物
Arthrobacter sp.独有C_27:1-C_31:1烯烃（18±4%），而P. macmurdoensis特异性产生角鲨烯衍生物（13±4%）和未知类异戊二烯醇（3±1%）。这些非脂肪酸脂质成为区分两类菌的关键生物标志物。

种内脂质多样性的生态意义
同一物种的不同菌株（如P. macmurdoensis B1与B2）在20°C时脂质谱显著分化：B1富含甲基化单不饱和酸（如Mme-C_14:0），而B2以常规支链酸为主。这种"群体策略"可能增强物种对环境波动的整体适应性。

该研究突破了传统脂肪酸分析的局限，首次系统论证了烃类和醇类脂质在分类诊断与环境适应中的价值。发现微生物可通过种内脂质分化实现"风险分摊"，这对理解南极生态系统的稳定性机制具有启示意义。此外，建立的温度-脂质响应模型为解读古代样本（如火星沉积物）的生物标志物提供了新框架，在天体生物学与生物技术领域展现出广阔应用前景。