随着气候变化导致海平面上升，海水入侵将使淡水环境的盐度不断升高。麻省理工学院的研究人员在一项新研究中，揭示了盐度升高对河流、河口等环境中微生物生态系统的潜在影响。
这些微生物群落在碳循环中扮演着重要角色，同时也参与分解藻类等有机物。研究团队发现，当盐度升高时，生长速度较快的菌株往往会占据主导地位，导致种群多样性下降，但整体生长速率基本保持不变。
麻省理工学院博士后、该研究第一作者Jana Huisman表示："盐度升高会导致多样性下降，这对生态系统而言终究不是好事。但令我们感到意外的是，尽管多样性减少，群落的整体生长和生物量产出并未受到太大影响。"
该论文发表于《自然·微生物学》，通讯作者为麻省理工学院物理学教授Jeff Gore。耶鲁大学生态与进化生物学助理教授、前麻省理工学院博士后Martina Dal Bello也是论文作者之一。
盐度上升的影响
水生环境中的微生物通常适应淡水、咸水或介于两者之间的环境。生活在高盐环境中的微生物，其细胞壁经过优化以抵抗渗透压，膜转运蛋白也能将钠离子泵出细胞。
淡水湖泊和河流的盐浓度约为每升1克，而海洋可达每升35克。随着气候变暖和海平面上升，海水可能渗入河口及其他内陆水体，使其盐度升高。
Huisman来自荷兰——一个拥有广阔沿海三角洲的国家，她对盐度变化如何影响水生栖息地中的微生物生态系统深感兴趣。本研究在Gore实验室此前工作的基础上展开，此前研究表明，较高的海水温度往往有利于生长较慢的细菌。
研究人员从三个盐度各异的水生环境中采集样本：麻省理工学院帆船馆附近的查尔斯河（4克/升）、波士顿港（30克/升）以及马萨诸塞州纳汉特的一处海滩（35克/升）。每个群落均包含数百种微生物。随后，研究人员将各群落分别置于16、31和46克/升三种盐度环境中培养。
经过两周观测，研究人员发现各群落在三种盐度下的整体生长速率基本一致。然而，在高盐环境中，群落的物种组成多样性明显下降，进一步研究表明，这些群落往往由生长速度较快的物种主导。
Huisman表示："我们发现，在高盐度下繁殖的群落，其物种组成与低盐度下的群落存在显著差异。"
自然生态系统中的验证
为探究实验室结果是否与自然生态系统中的实际情况相符，研究人员分析了切萨皮克湾、墨西哥湾和波罗的海等不同水生生态系统中微生物的公开基因组数据。
研究人员重点关注一种名为16S rRNA基因拷贝数的遗传标记，该标记可作为物种最大生长速率的替代指标——拷贝数越多，物种的内在生长速率越快。
结果显示，在这些自然群落中，盐度较高的环境同样倾向于由生长速度较快的物种主导。
Huisman表示："当我们第一次看到这个结果时，非常兴奋——实验室中的发现似乎也在自然群落数据中得到了印证。在如此广泛的不同环境样本数据中，都能看到相同的规律，这有力地表明，我们在实验室中的发现在自然环境中同样成立。"
研究人员指出，多样性下降的潜在隐患之一，是微生物种群抵御其他类型环境压力的能力可能随之减弱。
此外，本研究并未深入探究最终占据优势的各细菌菌株的具体功能。其中一些可能发挥有益作用，但也不排除部分菌株具有致病性。
Huisman表示："是否希望生长速度较快的物种占据主导，可能还取决于这些物种的具体身份。这是我未来希望深入研究的方向。"
本研究由人类前沿科学计划奖学金和施密特科学多面手奖资助。
Q&A
Q1：盐度升高对微生物群落多样性有什么影响？
A：研究发现，盐度升高会导致微生物群落的物种多样性下降，生长速度较快的菌株会逐渐占据主导地位。但值得注意的是，尽管多样性减少，群落的整体生长速率和生物量产出并未受到明显影响。多样性下降的潜在风险在于，微生物种群抵御其他环境压力的能力可能随之减弱。
Q2：麻省理工学院这项研究是如何开展的？
A：研究人员从查尔斯河、波士顿港和纳汉特海滩三个不同盐度的水域采集微生物样本，在实验室中将其置于16、31和46克/升三种盐度环境下培养两周，持续监测群落生长速率和物种组成变化。此外，研究团队还分析了切萨皮克湾、墨西哥湾和波罗的海等自然水域的公开基因组数据，以验证实验室结论。
Q3：气候变化与水体盐度升高有什么关联？
A：随着气候变暖，海平面持续上升，海水可能渗入河口及其他内陆水体，导致原本盐度较低的淡水环境盐度升高。淡水湖泊和河流的盐浓度通常约为每升1克，而海洋可达每升35克，两者之间的差距使得海水入侵对淡水生态系统的影响不容忽视。
