退缩的冰川释放的独特微生物很少传播到沿海生态系统

为何萎缩的冰川事关微小生命

在变暖气候下，冰川融化不仅释放水和沉积物，还释放大量微小生物。这些隐秘的旅客参与驱动河流、土壤和海洋的化学过程。本研究追踪了斯瓦尔巴北极冰川中的这些微生物，穿过新暴露的陆地，进入邻近的峡湾，提出一个却具重大意义的简单问题：当冰川后退时，它们独特的微生物群是否会重塑沿海海洋，还是在传播过程中主要消失？

从冰到海的微生物追踪

研究人员采集了冰体、融水溪流和湖泊、冰川前缘的土壤，以及相邻峡湾的海水。利用基因组解析的宏基因组学，他们重构了309个微生物基因组，从而不仅识别出出现了哪些微生物，还能推断它们在生化上能做什么。这条从冰川到峡湾的通道跨越了温度、盐度和养分的剧烈变化，为检验哪些微生物能在旅途中存活并在下游建立优势提供了天然试验场。

冰川作为新陆地的种子库

团队发现冰川栖息地（包括冰体和布满碎屑的暗孔）出人意料地多样。许多细菌类群在此繁盛，且大量冰川微生物在不同冰川间共享，提示存在一种典型的“冰川生物群落”。当融水将这些群落冲下坡时，它们在前缘土壤、湖泊和溪流中占据主导地位。在前缘检测到的大约四分之三的微生物基因组可以追溯到冰川来源，表明冰川作为强有力的种子库，给冰退后新暴露的景观播种。

海岸线处的屏障

相反，极少数冰川微生物成功定殖于峡湾。只有一小部分在海洋沉积物或海水中发现的基因组可与冰川来源联系起来，并且其中大多数属于少数耐受力强的谱系。峡湾群落则由在上游基本缺失的独特海洋微生物支配。不同物种共现的网络分析显示，这些峡湾专属种形成了紧密、自成体系的簇，与冰川和前缘微生物的连接有限。盐度急剧变化、养分层化以及适应良好的海洋既有居民的竞争，共同在陆–海边界形成了强有力的环境过滤。

沿途不同的生态功能

查看每种微生物携带的基因揭示了它们沿冰到海路线的功能如何变化。几乎所有群落都依赖分解有机碳，但冰川栖息地中有许多微生物还能固碳（从二氧化碳合成有机物），在能量匮乏的环境中制造新有机物。冰川和前缘微生物在利用不同化学能源和驱动氮循环方面都很灵活，前缘是将硝酸盐转化为氮气等过程的热点。相比之下，峡湾微生物则更依赖分解输入的有机物，并对硫循环表现出显著侧重，尤其是那些有助于去除某些温室气体的反应。这些差异显示同一水流在每种栖息地支持着截然不同的化学“工作”。

特殊的冷适生物与其不确定的未来

冰川微生物携带帮助其在冰中生存的基因，包括抗冻蛋白以及应对水冻结和融化时盐度突变的灵活系统。它们还大量拥有能够分解困在冰和沉积物中的陈旧有机物的酶。下游群落缺少许多这些专门性状，而更多依赖在多种寒冷环境中均有效的通用冷适应工具。这意味着随着冰川缩小，我们失去的不仅是冻结的水体，还有独特的微生物专属群体及其在陆地上执行的独特化学功能。研究得出结论：冰川消失更可能扰乱新暴露地带的微生物多样性和碳加工过程，而不是显著改变已建立的沿海海洋生态系统，这将对极地地区的碳和养分循环产生长期影响。

引用: Liu, K., Liu, Y., Zhang, Z. et al. Unique microbes released by retreating glaciers are rarely propagated to coastal ecosystems. Commun Earth Environ 7, 413 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03399-x

关键词: 冰川微生物组, 斯瓦尔巴峡湾, 微生物扩散, 碳循环, 气候驱动的退冰