两个截然不同的世界：附着在岩石上的微生物与浮游于地下的微生物在生存策略上的差异

《Microbiome》：Two worlds beneath: Distinct microbial strategies of the rock-attached and planktonic subsurface biosphere

地下水环境中浮游与附着微生物群落的对比研究揭示了附着菌群在代谢功能（如硫铁循环）和碳固定潜力上的显著优势，表明其在碳酸盐岩含水层生态系统中的关键作用，需在模型中纳入。

　　

摘要

背景

地下水生态系统中的微生物以浮游细胞或附着在含水层岩石表面的群落形式存在。附着在岩石表面的微生物数量至少比浮游微生物多三个数量级，这表明它们在含水层生态系统功能中起着关键作用。然而，尤其是在固结的碳酸盐含水层中，由于研究主要集中在浮游微生物上，附着微生物的代谢潜力和生态作用仍知之甚少。

结果

为了研究附着微生物群落与浮游微生物群落之间的差异，我们从放置在氧化和厌氧地下水中的碳酸盐岩石被动采样器中采集了附着微生物的样本，并将其与之前发表的同一含水层生态系统中的浮游微生物数据集进行了比较。微生物的生活方式（附着或浮游）比氧化还原条件更能解释群落组成的变化，这促使我们进一步探讨其在对功能和活性特征形成中的作用。宏基因组分析揭示了显著的分类学和功能分离：来自附着微生物群落的605个宏基因组（MAGs）主要由变形菌门（Proteobacteria，358个MAGs）主导，并富含与生物膜形成、化能自养及氧化还原循环（如铁和硫代谢）相关的基因。相比之下，来自浮游微生物群落的891个MAGs主要由Cand. Patescibacteria（464个MAGs）和Nitrospirota（60个MAGs）主导，功能多样性较低。只有少数属是共有的，即使是亲缘关系密切的MAGs（平均核苷酸同一性大于90%），在组装大小和代谢特征上也存在差异，这表明它们具有生活方式特定的功能适应性。活性复制分析表明，附着微生物群落中的活跃部分主要由最丰富的MAGs组成。虽然浮游微生物群落中活跃的MAGs比例较高，但总体相对丰度较低。

结论

附着微生物的高丰度、代谢特化能力和碳固定潜力表明它们是地下生物地球化学过程的关键驱动因素。基于浮游微生物群落的二氧化碳固定速率，碳酸盐含水层可能作为更大的无机碳汇。我们的发现强调了将附着微生物群落纳入地下生态系统功能模型的必要性。

视频摘要

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