首个对细菌浮游生物进行高通量测序的研究揭示了亚美尼亚高海拔塞凡湖中细菌与蓝藻的多样性

山湖中的隐秘世界

在亚美尼亚高地之上，塞凡湖是一片广阔而寒冷的淡水湖，提供饮用水、渔业资源、娱乐以及文化价值。乍看之下它的蓝色水面似乎洁净无瑕，但波浪下生存着一个看不见的微生物群落，默默驱动着湖泊食物网并协助营养物质的循环。本研究首次提供了这些微小居民——细菌与蓝藻——全年详尽的遗传画像，展示了它们的群落如何随季节变化，这对水质和有害藻类水华风险具有重要启示。

近观这座高山巨湖

塞凡湖在体量和海拔上都不寻常：海拔近1900米，分为浅的“大塞凡”盆地和更深的“小塞凡”。尽管其藻类和浮游动物近一世纪以来已有研究，但开阔水体中的细菌长期以来仍鲜为人知。2018年，研究人员在春、夏、秋与初冬四个季节分别从两座盆地的多处深度采集水样。他们将微生物过滤收集、提取DNA，并通过标记基因的高通量测序识别出数千种不同的细菌类型，从常见的淡水居民到罕见的生态专化者。

意外丰富且均衡的微生物群落

研究团队发现塞凡湖的微生物群落既多样又分布均衡。大多数细菌属于几大类，这些类群是全球洁净淡水湖中常见的成员。它们包括以简单有机分子为食的生物、分解复杂植物与藻类物质的群体，以及能够以特殊方式利用光来补充能量的类型。多样性统计显示，全年大部分时间没有单一类群占主导；相反，多样化的微生物共同分享栖息地，两盆地及不同深度呈现出相似的模式。与采用相似方法研究的其他湖泊相比，塞凡的多样性高于贝加尔湖和南极水域，与其它高山湖相当，且略低于小型热带湖泊。

夏季水华与冬季的微小“助手”

最引人注目的季节性模式之一涉及蓝藻——这些光合微生物有时被称为蓝绿藻。研究者识别出两类主要生活方式。在大部分时间里，蓝藻群落以微小的自由浮游细胞（微蓝藻，picocyanobacteria），与Synechococcus和Cyanobium相关的类型占主导。这些小型形式在相对清澈、营养贫乏的条件下生长良好，默默为湖泊的一次生产力做出贡献。然而在炎热的夏季，Dolichospermum–Anabaena–Aphanizomenon群的粗长丝状蓝藻迅速增殖并形成水华，尤其在浅盆地更为明显。这些丝状体可能产生毒素并遮蔽其他生物。在这些水华期间，整体微生物丰富度下降，许多微小蓝藻暂时退缩，待秋冬气温回落并趋于稳定后重新回升。

微生物“劳动力”与不速之客

遗传数据还揭示了不同细菌群如何承担湖泊内部“回收工厂”的职能。某些主要类群成员分解来自藻类与植物的溶解有机碳；另一些专门降解来自浮游动物残骸的耐降解多糖与甲壳素；还有一些参与氮和硫的转化过程，包括与富营养化和富硫深层形成相关的过程。许多这些细菌是适应低养分环境的超微生物，甚至可能利用光来增强代谢。与这些有益的“劳动力”并存的，是研究中检测到的一些与疾病相关的微生物：可感染鱼类的细菌、机会性人类病原体以及寄居在原生动物细胞内的胞内寄生虫。它们的存在表明有人类影响持续存在，例如来自游憩区和周边定居点的径流。

一湖多季，共同的命运

通过将基因调查与生态学分析相结合，研究表明塞凡湖具有典型的“淡水型”微生物组，在两座盆地之间以及从表层到深层总体保持相似。变化最显著的是时间：一年中月份解释了群落结构一半以上的变异。本质上，湖泊作为一个整体一体化系统，其微生物随季节在不同状态间循环——从春季的生长，到夏季的水华与胁迫，再到秋季的调整，最终进入以微小蓝藻和专化细菌为主的多样化寒季群落。对非专业读者而言，关键讯息是：这座标志性高山湖的健康不仅取决于可见的藻类与鱼类，还取决于一个精密且随季节变化的微生物世界。理解这一隐秘群落可帮助管理者预判有害水华、追踪污染并更好地保护塞凡湖脆弱的高海拔生态系统。

引用: Gevorgyan, G., Khachikyan, T., Mamyan, A. et al. The first high-throughput sequencing of bacterioplankton sheds light on bacterial and cyanobacterial diversity in high-altitude Lake Sevan, Armenia. Sci Rep 16, 12480 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42528-6

关键词: 塞凡湖, 淡水微生物组, 蓝藻水华, 细菌浮游生物多样性, 富营养化