海洋生物膜群落的 “温度记忆”：波动与稳定的微妙平衡

为探究气候遗留影响对生态系统应对未来扰动的作用，研究人员以岩石潮间带生物膜群落为对象，开展不同升温模式（固定 vs. 波动）下的研究。结果表明固定升温增强生物膜抗性，波动升温提高恢复率但影响功能冗余。该研究为理解微生物群落稳定性提供新视角。

　　在地球气候持续变化的大背景下，极端气候事件愈发频繁且强烈，这对众多生态系统的结构和功能产生了深远影响。就像海洋生态系统中的生物膜群落，作为海洋生态系统的重要组成部分，其稳定性受到气候波动的显著威胁。然而，过往的研究大多聚焦于当下气候改变的影响，对于过去气候异常如何塑造生态群落对未来扰动的响应，了解十分有限。这就好比只看到了眼前的 “风暴”，却忽视了它留下的 “痕迹” 会如何影响未来。

为了填补这一空白，来自意大利比萨大学（University of Pisa）和圣安娜高等学校（Scuola Superiore Sant’Anna）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解海洋生物膜群落的稳定性提供了全新的视角。

研究人员主要采用了以下几种关键技术方法：首先是全基因组测序和组装技术，通过收集生物膜覆盖的岩石样本，提取 DNA 并进行测序，构建出 137 个高质量的宏基因组组装基因组（Metagenome Assembled Genomes，MAGs），以此来分析生物膜群落的分类组成。其次，运用一种名为 microTrait 的分析框架，将微生物基因组映射到包含能量获取、资源获取、应激耐受和生活史特征等的分层特征空间，进而评估生物膜群落的潜在功能。最后，利用线性混合效应模型（Linear Mixed Effects Models，LMEMs）等统计方法，分析不同升温模式对生物膜群落的分类和功能多样性、稳定性维度的影响。

下面来看具体的研究结果：

• 波动升温对生物膜多样性的影响：研究发现，与波动升温相比，固定升温显著提高了生物膜的香农多样性（Shannon diversity），且这一效应随时间愈发明显。在物种丰富度方面，波动升温在研究后期趋于更低。此外，升温会增加 MAGs 之间的同步时间波动，同时降低平均种群变异性。而且，无论是固定升温还是波动升温，都作为确定性过滤器，降低了生物膜群落的随机性。
• 生物膜群落的潜在功能和生长速率：固定升温增加了与应激耐受相关的功能冗余，而波动升温则在长期内倾向于降低功能冗余，增加功能脆弱性（Functional Vulnerability，FVULN）。在生长速率方面，波动升温使生物膜群落明显向快速生长的类群转变，而固定升温在极端温度下，其群落加权最小倍增时间（Community Weighted Minimal Doubling Time，CWMDT）显著下降。
• 对极端温度的多重稳定性维度：研究表明，固定升温和波动升温都对生物膜群落起到了稳定作用，降低了其对后续极端升温事件的敏感性。固定升温情景下，前期积累的生物量增强了抗性；波动升温情景下，生物膜在极端温度后迅速恢复并超过对照水平。但升温对时间稳定性没有显著影响。

在研究结论和讨论部分，研究人员发现，升温历史通过不同方式影响生物膜的稳定性。固定升温通过促进生物量积累、提高多样性和功能冗余，增强了生物膜对极端温度的抗性；而波动升温则作为过滤器，减少了生物膜的多样性，促进了快速生长类群的优势地位，但这也加剧了应激耐受和生长之间的权衡，可能限制了生物膜应对气候极端事件的能力。

这项研究的意义重大。它揭示了历史气候条件在塑造生态群落对未来气候扰动响应中的关键作用，为预测生态系统在气候变化下的稳定性提供了重要依据。同时，也为进一步研究不同微生物系统和微生物组在气候变化中的响应提供了参考。但研究也存在一定的局限性，例如实验仅在有限的时间和空间范围内进行，未来还需要更多的研究来验证这些发现是否具有更广泛的适用性。