冰川“冰尘孔”中轮虫与缓步动物在0 °C下的微菌摄食:首次定量清除率与生态功能解析

《Limnologica》:Consumption of suspended microflora by rotifers and tardigrades in glacier cryoconite holes.

【字体: 时间:2026年01月25日 来源:Limnologica 2

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  为厘清极地冰川冰尘孔内后生动物能否“自上而下”调控微菌群落,作者利用荧光微球示踪首次在0 °C下测得轮虫(Rotifera)与缓步动物(Tardigrada)的清除率(CR),发现营养水平差异显著影响缓步动物CR,而轮虫CR稳定;两群体合计日清除不足1%孔体积,表明其微菌控制作用微弱但可测,为极端环境食物网模型提供关键参数。

  
在冰川表面,阳光与暗色尘埃共同雕刻出一个个被称为“冰尘孔”的微小水域。这些直径数厘米、终年维持0–1 °C的融水洼,是极地冰盖最“热闹”的生命绿洲:蓝藻、光合细菌、真菌与有机碎屑构成极简“牧场”,而体型不足0.3 mm的轮虫与缓步动物则是其中最主要的“放牧者”。尽管它们数量可观,但学界长期缺乏量化数据回答一个基础问题——这些微型后生动物究竟以多快的速度“收割”悬浮微菌?在低温、寡营养且瞬息万变的冰川表面,它们能否像温带湖泊中的浮游动物那样,通过“自上而下”的摄食压力塑造微生物群落?若答案是否定的,冰尘孔食物网模型将缺少关键一环;若答案是肯定的,则极端环境生态学需重新审视后生动物对碳循环与营养级联的潜在驱动。带着上述疑问,Miloslav Devetter团队于2023年7月登陆斯瓦尔巴两条山谷冰川——H?rbybreen(低营养)与Nordenski?ldbreen(受鸟类粪增补,相对富营养),开展现场采样与0 °C示踪实验,首次给出轮虫与缓步动物在冰川环境中的清除率(CR,μl ind h)与群落日清除比例,成果发表于《Limnologica》。
关键技术方法
  1. 现场配对冰川选择与GPS定位,确保营养梯度差异;
  2. 荧光聚苯乙烯微球(0.5 μm,模拟小型细菌)瞬时投加、5 min短孵育与高温终止,结合冰温(0 °C)暗保存;
  3. 倒置显微镜与落射荧光显微镜计数个体摄食颗粒,Mann-Whitney检验比较CR差异;
  4. 依据自然丰度与孔体积计算群落清除率(CCR,μl l h)。
研究结果
  1. 冰尘孔后生动物群落结构
    两条冰川均以Macrotrachela sp.(形态暂定insolita类群)占轮虫85–90%,但缓步动物优势种不同:低营养冰川为草食性Hypsibius dujardini agg.,富营养冰川则以微菌食性Pilatobius glacialis为主。
  2. 个体清除率(CR)
    轮虫:在两种营养水平下CR分别为0.33与0.36 μl ind h,差异不显著(P=0.699)。
    缓步动物:低营养点CR高达0.69 μl ind h,富营养点降至0.15 μl ind h,差异极显著(P=0.002)。
  3. 群落日清除比例
    轮虫合计日清除0.35–0.50%孔体积;缓步动物0.25–0.39%;两者相加不足1%。
  4. 摄食比例与行为
    仅38–39%轮虫与约19–20%缓步动物在5 min内摄入≥1颗微球,提示低温下活跃摄食个体比例有限。
结论与讨论
本研究首次在0 °C条件下定量证实,即便缺乏专门滤食器官,缓步动物仍可高效摄取细菌级悬浮颗粒,其个体CR最高可与轮虫媲美;然而,由于总体丰度与活跃摄食者比例受限,两群体合计对冰尘孔水柱微菌的“自上而下”压力极低,日清除体积不足1%。营养状态对缓步动物CR的显著调控,可能源于物种组成与食性差异,而非温度或颗粒浓度本身。该结果填补了极地冰川后生动物摄食速率的空白,提示在极端低温且快速融化的冰尘孔中,微菌群落结构更多受“底-上”资源控制而非“顶-下”捕食控制。未来若将清除率换算至沉积物孔隙水体积,或延长季节观测至八月-九月,后生动物的实际生态影响或被进一步放大。论文提供的CR基线数据,可直接耦合于冰川生态系统碳通量模型,为预测冰盖消融期微生物呼吸与营养盐再生速率提供关键生物学参数。
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