青藏高原冰前湖中微生物演替驱动的季节性甲烷循环及其气候变暖风险

《Microbiome》：From under-ice accumulation to open-water oxidation: microbial regulation of methane emissions in high-altitude proglacial lakes

　　

摘要

背景

由全球变暖和加速冰川消融形成的冰前湖，是分布广泛但约束较差的甲烷（CH₄）来源。尽管它们的排放与覆冰和无冰条件密切相关，但驱动这些动态变化的微生物机制尚不清楚。在此，我们整合了多季节野外观测、稳定同位素分析、宏基因组测序和培养实验，以研究青藏高原新形成高海拔冰前湖中控制季节性 CH₄ 循环的微生物作用。

结果

我们观察到，即使在封冻期（ICP），水柱中也存在大量溶解性 CH₄ 的积累，尽管沉积物中富集了厌氧甲烷氧化菌（候选 Methylomirabilota）。同位素分析表明，在早期封冻期 CH₄ 氧化活跃，但在晚期封冻期受到限制，导致 CH₄ 持续积累。随着进入消融期（AP），乙酸裂解产甲烷作用（Methanosarcina）在底层沉积物中迅速恢复。与此同时，表层沉积物中建立了显著的好氧甲烷氧化作用（Methylobacter）。温度与从封冻期到消融期产甲烷菌和甲烷氧化菌群落的转变密切相关。这种微生物重组伴随着 CH₄ 代谢基因相对丰度的增加以及 CH₄、氮和硫循环途径之间功能耦合的增强。

结论

总体而言，我们的发现表明，微生物演替促成了从冰下净 CH₄ 积累到开放水域条件下净 CH₄ 消耗的季节性转变。鉴于相对于甲烷氧化作用，产甲烷作用可能具有更高的温度敏感性，持续的气候变暖可能会破坏这种平衡，潜在地将迅速扩张的冰前湖转变为更强的大气 CH₄ 来源。

视频摘要