沿富营养化梯度的湖泊沉积物中微生物功能途径的分化与冗余性下降

《Nature Communications》：Divergent microbial functional pathways and declining redundancy in lake sediments across eutrophication gradients

　　

摘要

微生物群落是水生生态系统养分循环的基础，并受到人类扰动的强烈影响，但由此导致的功能冗余变化却鲜有研究。湖泊富营养化是全球淡水系统面临的主要威胁，主要由湖泊及周边流域内的人类活动驱动。我们提出假设：富营养化会改变湖泊沉积物中关键代谢通路的功能冗余。为验证这一假设，我们在新西兰144个湖泊中选取表层沉积物，进行了覆盖广泛营养梯度的全国性宏基因组学研究。富营养化程度加剧与基于物种分类的功能冗余降低相关，即能够执行相同功能的物种数量减少，表明支撑核心功能的物种库更加狭窄。相比之下，基于生物丰度的功能冗余——以能够执行该功能的生物体丰度为特征——在不同营养梯度上表现出因通路而异的响应模式。例如，硝化和反硝化在较高营养条件下具有更高的基于丰度的功能冗余，而磷转运则表现出功能冗余降低。富营养化通过侵蚀微生物功能冗余，可能增加微生物群落对环境扰动的敏感性，进而可能削弱其维持关键代谢过程的能力。由于湖泊在生物地球化学循环中发挥着关键作用，湖泊沉积物中重要生物地球化学通路稳定性下降可能会对全球生态系统产生影响。