持久的石油污染改变了东南极邦格丘陵土壤微生物的反应

冰冷荒漠中的隐秘生命

在南极最干燥、最寒冷的角落之一，微小的生命悄然维持着土壤生态系统的运行。即便远离城市和油田，过去科研活动中留下的小规模燃料泄漏也能留下持久印记。本研究考察了靠近一处南极直升机停机坪的数十年前石油泄漏如何重塑土壤中看不见的微生物群落——以及这些变化可能如何改变这个脆弱环境对气体的呼吸和碳的封存方式。

被燃料触及的偏远绿洲

研究地点位于东南极的邦格丘陵，这是一个无冰的岩石绿洲，四周被高耸的冰盖包围。上世纪八十年代，为飞机运行使用的燃料在一处小型科研基地附近泄入地下。尽管这次泄漏规模不大且发生在约四十年前，但在旧直升机停机坪周围的一块土壤中仍能检测到石油残留。研究团队沿着两条洁净的参考线以及受污染的停机坪区采集了26个土壤样本，取样时既有浅层也有向下渗透到更深层的土芯。他们测定了基本土壤化学性质、检测残留烃类，并用基于DNA的方法鉴定了那里存在哪些微生物及其潜在功能。

微生物如何在几乎没有资源的环境中生存

南极荒漠土壤极度缺乏养分和有机质。在这种贫瘠条件下，许多微生物通过从空气中的痕量气体（如氢气和一氧化碳）中提取微量能量，以及在黑暗中固定二氧化碳来生存。这一过程有时被称为大气化学合成，使它们在光照稀缺或在漫长极夜中没有阳光时也能充当初级生产者。研究人员发现，在相对未受污染的邦格丘陵土壤中，细菌群落中有很大一部分属于已知能够氧化痕量气体并通过特殊形式的RuBisCO酶进行碳固定的类群——这种酶通常与光合作用相关。实验室测试显示，这些洁净土壤能在短短数小时内将氢气消耗至低于其自然大气水平，表明存在极为活跃的气体清除微生物。

燃料泄漏改变了群落的平衡

在停机坪区域，情况截然不同。化学分析证实了石油残留水平升高，尽管随时间已有部分降解。微生物DNA显示，那里的群落转向了更耐应激、耐低氧和耐有毒化合物的生物，包括许多已知能分解烃类的细菌和真菌。与此同时，几类通常在低养分、富氧的南极土壤中占优势的微生物则变得较少。受污染的土壤还出现了更多的捕食性和寄生性微生物，表明来自燃料和死亡细胞的额外有机物为食物网提供了丰富的资源并加剧了微观食物链的复杂性。

从以空气为能量到以燃料为能量的转变

通过将基因数据与受控实验结合，研究团队表明受污染土壤在利用大气氢方面明显受损。最污染样本的氢气氧化速率比洁净地点低数百倍，处理氢气的关键基因也更稀少。然而，当科学家用放射性二氧化碳追踪土壤微生物在黑暗中的碳固定时，受污染土壤按微生物生物量单位计算固定的碳比洁净土壤更多。可能的解释是，受燃料影响区的微生物以燃烧烃类为主要能量来源，释放出二氧化碳和其他副产物，附近的细胞迅速重新固定这些碳。相比之下，洁净土壤的微生物必须更多依赖痕量气体提供的能量，并在极少的有机碳条件下维持生存，尽管它们携带着一整套用于这些生存策略的基因工具箱。

人类足迹的长久阴影

研究表明，即便是相对小规模、局部的燃料泄漏也能在南极土壤的隐秘生命中留下深远且持久的印记。初次泄漏数十年后，本土的耐冷微生物已重组为专门分解烃类的群落，而曾一度占主导的气体清除型生活方式则被推到次要地位。这种能量来源的再平衡——从空气转向燃料——也改变了土壤吸收和储存碳的效率。研究结果表明，通过为现有的微生物清洁“队伍”提供适当的营养支持，可能有助于在不引入外来生物的情况下修复此类地点。更广泛地看，这项工作凸显了微妙的人为干扰如何在我们常认为未被触及的极地生态系统中引发连锁反应，改变其微观居民及其在地球气候循环中的角色。

引用: Tan, K.K.Y., Vázquez-Campos, X., Price, G.A.V. et al. Persistent petroleum pollution shifts soil microbial responses in Bunger Hills, East Antarctica. Commun Earth Environ 7, 278 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03299-0

关键词: 南极土壤微生物, 石油污染, 痕量气体氧化, 黑暗碳固定, 生物修复