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在土壤和水生生態系統中，細菌在降解有機物方面起著關鍵作用。大多數細菌在體外消化大分子，使其他群落成員能夠共享和收集這些物質，但一些細菌則“自私地”在體內消化整個分子。2025年4月10日，Cell Press細胞出版社旗下期刊Cell Reports發表一篇題為“Selective heterotopic bacteria can selfishly process polysaccharides in freshwater lakes”的論文，研究人員首次記錄了淡水生態系統中的“自私多糖攝取”現象。

在克羅地亞的科扎克湖和克尼舍沃湖，研究人員發現營養囤積使“自私”細菌物種能夠超越其他物種，這可能塑造了湖泊的食物網。但這些行為很可能會因氣候變化而發生轉變，特別是在寒冷的湖泊中。

“細菌在湖泊中通過降解多糖，進而在營養循環中發揮著至關重要的作用。它們私下消耗這些化合物的能力影響了生態系統中碳和其他營養物質的可用性。”論文第一作者、魯德博什?科維奇研究所的Andrea ?a?kovi?說。

為了探索“自私”微生物在淡水系統中的作用，研究人員比較了克羅地亞的兩個不同湖泊：北部的科扎克湖（普利特維采湖群國家公園中最大和最深的湖泊），以及南部的克尼舍沃湖。科扎克湖貧營養（即營養物質和藻類含量低），并且在冬季會結冰，而克尼舍沃湖位于地中海氣候區，是中營養的（即營養物質和藻類含量較高）。

研究團隊在2022年春季和夏季以及2023年冬季收集了水樣，并量化了每個湖泊中不同季節的細菌。在實驗室中，研究人員將細菌與6種不同的熒光標記的多糖一起培育，以觀察細菌是在體內還是體外消化它們，以及是否有特定的多糖更傾向于通過體內機制被降解。他們還使用基因測序比較了湖泊中不同季節的細菌群落，并識別使用體內攝取機制的細菌種類。

他們發現，“自私”細菌在這兩個湖泊中都存在，但內化攝取的量隨季節而變化。總體而言，中營養的克尼舍沃湖顯示出更高的細菌豐度、更多樣化的細菌群落以及更高的營養內化攝取率。

“我們在2017年之前甚至不知道這種機制的存在。令人意外的是，它也在淡水系統中存在。”論文通訊作者、德國不來梅大學微生物生態學家Greta Reintjes說。

研究人員發現，在中營養湖泊中，“自私”消化在夏季浮游植物大量繁殖、營養物質豐富的時期達到高峰。而在貧營養的科扎克湖，“自私”消化在營養物質匱乏的冬季達到高峰，這與海洋生態系統中觀察到的情況相似。

“在克尼舍沃湖，當有更多營養物質存在時，‘自私’消化更多，這完全出乎意料。”Reintje說，“我們還無法從生態學角度解釋這一現象，需要進行更多研究，以了解這些表現出不同行為的特定生物體是誰，以及為什么會這樣。”

研究團隊還發現，某些多糖比其他多糖更可能被“自私”消化。對于兩個湖泊來說，最常被囤積的多糖是普魯蘭糖——一種由真菌產生的糖。在貧營養湖泊中，普魯蘭糖被“自私”消化的比例高達12%，而在中營養湖泊中則為7%。

“最意想不到的發現之一是，細菌并不會同等程度地降解所有多糖。”?a?kovi?說，“相反，它們似乎有選擇性，這可能塑造了微生物群落的組成，并影響湖泊的食物網。”

這些動態可能會受到氣候變化的影響，特別是在像科扎克湖這樣的冷水湖泊中。

“湖泊在冬季結冰時，就會像系統重置。而這在未來可能會發生變化，因為隨著氣候變化，結冰頻率比過去要少。”魯德博什?科維奇研究所的合著者、微生物學家Sandi Orli? 說，“了解不同細菌如何降解糖類將幫助我們了解糖和碳循環的全球圖景，以及這將如何受到氣候變化的影響。”

未來，研究人員計劃使用基因組學方法來探索細菌“自私”機制背后的基因和酶。他們還計劃在其他類型的生態系統中尋找“自私”細菌。

“我迫不及待地想測試更多系統，看看這些自私細菌是否無處不在。”Reintjes說，“最終，我們希望全面了解‘自私’生物在全球碳周轉中的重要性。”

相關論文信息

論文原文刊載于Cell Press細胞出版社旗下期刊Cell Reports，點擊“閱讀原文”或掃描下方二維碼查看論文

▌論文標題：

Selective heterotopic bacteria can selfishly process polysaccharides in freshwater lakes

▌論文網址：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221112472500186X

▌DOI：

http://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2025.115415

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CellPress細胞出版社

原標題：《在克羅地亞淡水湖中，“自私”細菌愛囤“物資” | Cell Press科學新聞》

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