在克罗地亚淡水湖中，“自私”细菌爱囤“物资”

“细菌在湖泊中通过降解多糖，进而在营养循环中发挥着至关重要的作用。它们私下消耗这些化合物的能力影响了生态系统中碳和其他营养物质的可用性。”

在土壤和水生生态系统中，细菌在降解有机物方面起着关键作用。大多数细菌在体外消化大分子，使其他群落成员能够共享和收集这些物质，但一些细菌则“自私地”在体内消化整个分子。在4月10日发表于细胞出版社（Cell Press）旗下期刊Cell Reports的一篇论文中，研究人员首次记录了淡水生态系统中的“自私多糖摄取”现象。

在克罗地亚的科扎克湖和克尼舍沃湖，研究人员发现营养囤积使“自私”细菌物种能够超越其他物种，这可能塑造了湖泊的食物网。但这些行为很可能会因气候变化而发生转变，特别是在寒冷的湖泊中。

“细菌在湖泊中通过降解多糖，进而在营养循环中发挥着至关重要的作用。它们私下消耗这些化合物的能力影响了生态系统中碳和其他营养物质的可用性。”论文第一作者、鲁德博什·科维奇研究所的Andrea Čačković说。

为了探索“自私”微生物在淡水系统中的作用，研究人员比较了克罗地亚的两个不同湖泊：北部的科扎克湖（普利特维采湖群国家公园中最大和最深的湖泊），以及南部的克尼舍沃湖。科扎克湖贫营养（即营养物质和藻类含量低），并且在冬季会结冰，而克尼舍沃湖位于地中海气候区，是中营养的（即营养物质和藻类含量较高）。

研究团队在2022年春季和夏季以及2023年冬季收集了水样，并量化了每个湖泊中不同季节的细菌。在实验室中，研究人员将细菌与6种不同的荧光标记的多糖一起培育，以观察细菌是在体内还是体外消化它们，以及是否有特定的多糖更倾向于通过体内机制被降解。他们还使用基因测序比较了湖泊中不同季节的细菌群落，并识别使用体内摄取机制的细菌种类。

他们发现，“自私”细菌在这两个湖泊中都存在，但内化摄取的量随季节而变化。总体而言，中营养的克尼舍沃湖显示出更高的细菌丰度、更多样化的细菌群落以及更高的营养内化摄取率。

“我们在2017年之前甚至不知道这种机制的存在。令人意外的是，它也在淡水系统中存在。”论文通讯作者、德国不来梅大学微生物生态学家Greta Reintjes说。

研究人员发现，在中营养湖泊中，“自私”消化在夏季浮游植物大量繁殖、营养物质丰富的时期达到高峰。而在贫营养的科扎克湖，“自私”消化在营养物质匮乏的冬季达到高峰，这与海洋生态系统中观察到的情况相似。

“在克尼舍沃湖，当有更多营养物质存在时，‘自私’消化更多，这完全出乎意料。”Reintje说，“我们还无法从生态学角度解释这一现象，需要进行更多研究，以了解这些表现出不同行为的特定生物体是谁，以及为什么会这样。”

研究团队还发现，某些多糖比其他多糖更可能被“自私”消化。对于两个湖泊来说，最常被囤积的多糖是普鲁兰糖——一种由真菌产生的糖。在贫营养湖泊中，普鲁兰糖被“自私”消化的比例高达12%，而在中营养湖泊中则为7%。

“最意想不到的发现之一是，细菌并不会同等程度地降解所有多糖。”Čačković说，“相反，它们似乎有选择性，这可能塑造了微生物群落的组成，并影响湖泊的食物网。”

这些动态可能会受到气候变化的影响，特别是在像科扎克湖这样的冷水湖泊中。

“湖泊在冬季结冰时，就会像系统重置。而这在未来可能会发生变化，因为随着气候变化，结冰频率比过去要少。”鲁德博什·科维奇研究所的合著者、微生物学家Sandi Orlić 说，“了解不同细菌如何降解糖类将帮助我们了解糖和碳循环的全球图景，以及这将如何受到气候变化的影响。”

未来，研究人员计划使用基因组学方法来探索细菌“自私”机制背后的基因和酶。他们还计划在其他类型的生态系统中寻找“自私”细菌。

“我迫不及待地想测试更多系统，看看这些自私细菌是否无处不在。”Reintjes说，“最终，我们希望全面了解‘自私’生物在全球碳周转中的重要性。”

阅读论文：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(25)00186-X

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