综述：保护南极微生物多样性：应对生态危机的关键之举

时间：2025年3月6日

来源：npj Biodiversity

编辑推荐：

为解决南极微生物多样性受威胁问题，研究人员开展相关研究，发现多种威胁并提出保护策略，意义重大。

南极微生物：脆弱生态下的关键一环

在地球的最南端，南极洲宛如一片神秘的白色大陆，常年被冰雪覆盖，看似荒芜，实则生机勃勃。这里的微生物虽个体微小，却在生态系统中扮演着至关重要的角色。它们参与着养分循环（Nutrient cycling）和碳固存（Carbon sequestration），维持着整个南极生态系统的稳定。然而，这片净土正面临着前所未有的挑战。

随着全球气候变暖，南极的气温逐渐升高，冰架融化，降水模式改变，这一切都在悄然改变着微生物的生存环境。同时，人类活动的日益频繁，如科研站的设立、交通往来以及旅游业的蓬勃发展，也给南极带来了污染物、非本土物种和微塑料等不速之客，严重威胁着微生物群落的平衡。在这样的背景下，研究南极微生物多样性的现状和保护策略迫在眉睫。

来自意大利、智利、中国澳门等多个国家和地区的研究人员，针对南极微生物多样性展开了深入研究。他们的研究成果发表在《npj Biodiversity》上，为我们揭示了南极微生物的奥秘以及保护它们的重要意义。

研究方法

研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：

微生物群落分析技术：通过对 16S rRNA 序列数据集的研究，分析不同南极栖息地（如火山口、海洋沉积物、土壤、雪和海水环境）中微生物群落结构，以此了解微生物对环境条件的响应及未来变化。
物种分布模型：利用该模型评估南极不同类型关键微生物环境的基线水平和变化情况，监测微生物群落的健康状况和恢复能力。
元基因组技术：借助元基因组技术，对南极土壤微生物进行研究，揭示其系统发育和功能的独特性，挖掘微生物的多样性基因库。

研究结果

南极微生物多样性的重要性：研究发现，南极不同栖息地拥有独特的微生物群落结构。海洋沉积物的微生物多样性最高；火山口沉积物主要由嗜热和超嗜热古菌（Archaea）主导；土壤样本中 Archaea 较少；海水样本包含典型的南极远洋生态系统核心微生物组；雪样本中的常见类群表明存在远距离扩散现象。此外，南极微生物在生态系统中发挥着关键作用，参与养分循环、碳固存等过程，一些细菌还具有生物修复（Bioremediation）的潜力，如从乔治王岛土壤中分离出的 Marinomonas 和 Pseudomonas 属细菌可用于金属生物修复。而且，南极的地热环境为嗜热和超嗜热微生物提供了理想栖息地，这些极端微生物是工业酶生产等生物技术应用的宝贵资源123。
南极微生物多样性面临的威胁：
- 污染威胁：人类活动导致空气、土壤和水污染，向南极引入了污染物和非本土微生物。例如，石油泄漏、污水排放、重金属和持久性有机污染物会破坏微生物群落，塑料污染还可能传播潜在病原体和抗生素抗性细菌45。
- 气候变化威胁：气候变化对南极微生物产生了显著影响。气温上升改变了微生物栖息地，影响了微生物群落组成和物种间竞争。像 Cryomyces 属的两种嗜冷菌，因竞争能力弱，在气候变暖时可能面临灭绝风险。同时，温度变化影响了微生物的生长和代谢，如对 Pseudogymnoascus roseus 的生长和细胞外活动产生抑制作用。此外，冰川融化使陆地生态系统暴露，影响微生物群落的演替，还可能改变海洋生态系统，增加微生物入侵风险67。
- 旅游威胁：南极旅游业的快速发展对微生物多样性构成威胁。大量游客的涌入可能带来生物和化学污染，尽管《南极条约体系》有相关指南，但目前仍难以确定旅游业对南极微生物丰富度的具体影响8。
南极微生物生态系统的保护现状：目前，南极已建立了一些保护区域，如南极特别保护区（Antarctic Specially Protected Areas，ASPAs）和南极特别管理区（Antarctic Specially Managed Areas，ASMAs）。然而，这些保护区在微生物保护方面存在不足，多数保护区的管理计划未充分重视微生物的保护价值，仅少数区域有相关规定或研究9。
保护南极微生物多样性的策略：为了保护南极微生物多样性，研究人员提出了十大关键保护策略。包括实施严格的生物安全措施，防止污染物和入侵物种的引入；加强监测计划，利用物种分布模型评估微生物群落变化；推广可持续旅游实践，减少旅游活动的生态足迹；支持研究计划，深入了解南极微生物生态系统；增加对南极微生物研究的资金投入；加强国际合作和政策框架，将微生物保护纳入南极环境保护的重要组成部分；加强当地微生物实验室设施和设备建设；进一步分离、鉴定和测序新的微生物菌株；创建微生物数据收集和分析方法的标准化存储库；建立专门的南极微生物公共数据库，监测潜在病原体和非本土物种10。

研究结论与意义

这项研究全面揭示了南极微生物多样性的重要性、面临的威胁以及保护现状，并提出了针对性的保护策略。研究表明，保护南极微生物多样性对于维护南极生态系统的稳定和功能至关重要，同时也有助于推动生物技术的发展。在全球气候变化和人类活动不断增加的背景下，这些研究结果为南极微生物的保护和管理提供了重要的科学依据，对于制定合理的保护政策和措施具有重要的指导意义。未来，需要国际社会共同努力，加强合作，严格落实各项保护策略，确保南极微生物多样性得到有效保护，为子孙后代留下这片珍贵的生态宝藏。