土壤中生存著多種多樣的微生物物種,探索這些多樣性的維持機(jī)制是當(dāng)代微生物生態(tài)學(xué)研究的核心目標(biāo)。已有研究表明確定性過(guò)程(如種間競(jìng)爭(zhēng)和環(huán)境過(guò)濾)和隨機(jī)性過(guò)程(如物種擴(kuò)散和生態(tài)漂變)都在驅(qū)動(dòng)土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)形成。但是很少有研究探索人類活動(dòng)導(dǎo)致的各種環(huán)境變化怎樣調(diào)節(jié)這兩種過(guò)程。
中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)組的張西美博士及其合作者利用他們?cè)缦劝l(fā)明的分析方法,證明了16種不同的環(huán)境變化(包括植物多樣性喪失、放牧、氮沉降、磷素添加、增雨、增溫、以及它們的共同作用)主要通過(guò)調(diào)節(jié)隨機(jī)性過(guò)程而非確定性過(guò)程來(lái)影響微生物群落。因?yàn)橥寥牢⑸锒鄻有苑浅8撸F(xiàn)有的技術(shù)不能夠絕對(duì)準(zhǔn)確地測(cè)量微生物多樣性,只是一個(gè)取樣過(guò)程,因此計(jì)算出來(lái)的這種隨機(jī)性的重要性可能是由于取樣過(guò)程而非真正的生態(tài)學(xué)隨機(jī)過(guò)程造成的。他們進(jìn)一步利用多種不同的方法,包括基于全基因組的宏基因組技術(shù),排除了隨機(jī)取樣過(guò)程的影響。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為確定性過(guò)程占主導(dǎo)作用,因此該研究結(jié)果對(duì)傳統(tǒng)的觀點(diǎn)提出了直接的挑戰(zhàn)。需要注意的是,該研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)環(huán)境變化主要調(diào)節(jié)了隨機(jī)性過(guò)程,這種調(diào)節(jié)包括促進(jìn)和抑制兩種情況。如果是抑制,意味著隨機(jī)性過(guò)程的相對(duì)重要性降低了,而確定性過(guò)程的重要性增加了。
這一研究結(jié)果近期發(fā)表在Global Change Biology雜志上。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)B(XDB15010404)、國(guó)家自然科學(xué)基金(31300431)和國(guó)家留學(xué)基金委訪問(wèn)學(xué)者項(xiàng)目(201404910179)的共同資助。
在另外一項(xiàng)關(guān)于土壤微生物多樣性的研究中,張西美博士及其合作者分離開(kāi)了生態(tài)過(guò)程和進(jìn)化過(guò)程在驅(qū)動(dòng)土壤微生物多樣性中的相對(duì)貢獻(xiàn)。水溫是驅(qū)動(dòng)高等動(dòng)植物的最重要的生態(tài)因素,不同于高等生物,土壤pH是影響微生物群落的最重要的因素。生物與環(huán)境之間的關(guān)系有兩個(gè)方面:一方面環(huán)境變化會(huì)過(guò)濾掉不適應(yīng)的物種;另一方面,生物會(huì)通過(guò)進(jìn)化過(guò)程來(lái)適應(yīng)環(huán)境變化,或者別的地方適應(yīng)這種環(huán)境的物種會(huì)遷移過(guò)來(lái)。因此,有三種潛在的機(jī)制類型:生態(tài)過(guò)濾和進(jìn)化適應(yīng)兩種過(guò)程都不起作用;僅僅生態(tài)過(guò)濾起作用;進(jìn)化適應(yīng)抵消了生態(tài)過(guò)濾的部分作用效果。陸地生態(tài)系統(tǒng)是海洋起源的,因而原始的土壤是接近中性的,長(zhǎng)期的生物地球化學(xué)過(guò)程使得有些生態(tài)系統(tǒng)逐漸酸化。研究者們研究了在這種大的時(shí)間尺度上的土壤酸化過(guò)程改變土壤細(xì)菌多樣性過(guò)程中生態(tài)過(guò)濾和進(jìn)化適應(yīng)的相對(duì)貢獻(xiàn),并提出了一個(gè)理論分析框架,論證兩種過(guò)程在兩種時(shí)間尺度上的7種組合情況,并預(yù)測(cè)了每種情況對(duì)應(yīng)的多樣性模式,根據(jù)真實(shí)的多樣性模式,即可反推機(jī)理。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)三種機(jī)制都在起作用;不同的微生物類群是由不同類型的機(jī)制驅(qū)動(dòng)的,第三種是最主要的類型;整個(gè)細(xì)菌域作為一個(gè)群體是由第三種機(jī)制驅(qū)動(dòng)的。 這一研究結(jié)果發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry雜志上。




