来自美国西部56处温泉的500个样本的基因组分辨宏基因组调查

为什么温泉很重要

温泉不仅是火山地貌中的风景池塘。它们是极端的天然实验室，生命在这里适应了灼热的温度、异常的化学环境以及长期与外界隔离的条件。这些特征使温泉成为寻找以我们未曾见过方式工作的微生物的理想场所，这些微生物的酶未来可能有助于改进从DNA检测到绿色工业的多种应用。

在偏远水池中探索隐藏世界

在美国西部，上千处温泉穿过破碎岩层喷涌而出。除了黄石公园的著名地点外，我们对大多数温泉中微小生物的了解出乎意料地有限。在这项研究中，研究者对散布在大盆地和黄石地区的56处偏远、基本未受干扰的温泉进行了广泛调查。他们年复一年返回许多这些温泉，收集了来自源泉和附近出流溪流的500个独立样本，覆盖了广泛的温度、酸度和矿物质含量。

解读整个群落的DNA

研究团队没有尝试在实验室中培养每种微生物——对不熟悉的物种来说这常常会失败——而是采用了一种称为宏基因组学的策略。他们从每个地点舀取了薄薄的微生物垫、丝状体、沉积物和泥土层，然后从这些混合样品中提取并测序所有存在的DNA。强大的计算机将数十亿短的DNA片段拼接成更长的序列，然后将这些序列分组为代表不同细菌和古菌类别的草图基因组。这种方法使科学家能够研究“谁在这里”以及“它们能做什么”，而无需培养这些微生物。

揭示丰富的嗜热微生物群

从这座庞大的DNA宝库中，研究人员重建了780个相当完整的微生物基因组，其中包括680个细菌基因组和100个古菌基因组。许多基因组属于已知在高温环境中繁衍的类群，例如在明亮浅池中进行光合作用的谱系，或在更深或更暗的区域从硫和氢中获取能量的谱系。然而，显著比例的基因组并不完全契合现有的微生物系统发育枝条。有些只能联到已知属或科，少数与任何研究透彻的群体都相距甚远，这表明它们可能代表实验室中从未培养出的整整一个科甚至更高等级的生命类群。

追踪功能，而不仅仅是“家族树”

由于该研究涵盖了许多具有非常不同温度和水化学特征的温泉，并对部分温泉进行了多年采样，它提供了关于温泉群落如何构建和维持的广泛图景。通过将基因映射到已知的代谢功能，团队显示这些群落由多种过程驱动，包括基于氧的呼吸、发酵、光驱动的能量捕获以及将氮和硫化合物用作燃料。基因组在大小和GC含量上也存在很大差异，这提示了不同的生存策略以应对高温、营养匮乏和化学胁迫。只有大约八分之一的所有DNA测序读段能与重建的基因组对应，这一事实表明仍有大量未被发现的多样性等待探索。

为什么这一资源对未来很重要

这项工作并不试图回答有关温泉的每一个生态学问题。相反，它提供了一个经过精心记录的公共资源：数百个深度DNA数据集、数百个重建基因组以及每个样本采集时间和地点的详细信息。对于非专业读者，关键信息是许多偏远温泉蕴含独特的微生物生命形式，随着地热开发的扩展，这些生物可能会消失。通过将这些数据广泛公开，研究为未来关于类早期地球环境、隔离水池间的微生物进化以及寻找可用于高温生物技术的新型耐热酶的研究奠定了基础。

引用: Korchagina, M.V., Mullin, C.E., Soufi, H.H. et al. Genome-resolved metagenomic survey of 500 samples from 56 hot springs across the Western US. Sci Data 13, 782 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-07139-w

关键词: 温泉, 嗜极微生物, 宏基因组学, 微生物多样性, 微生物基因组