尤卡坦州的水下洞穴拥有多种微生物群落

在经验丰富的水下洞穴潜水团队的帮助下，西北大学的研究人员绘制了迄今为止最完整的生活在墨西哥尤卡坦半岛下方水下迷宫中的微生物群落地图。

尽管之前的研究人员已经从洞穴入口和容易进入的天坑中收集了水和微生物样本，但西北大学领导的团队到达了黑暗水域的深处，黑暗的通道，以更好地了解什么可以在这个独特的地下王国中生存。

在分析样本后，研究人员注意到一个富含多样性的系统，并组织成不同的模式。与典型的高中午餐室类似，洞穴系统内的微生物群落往往聚集成明确的派系。但有一个细菌家族(丛毛单胞菌科)是一种受欢迎的社交蝴蝶——出现在近三分之二的“自助餐厅餐桌”上。研究结果表明， 丛毛单胞菌科 是更广泛群落的生态关键。

该 研究 于上周晚些时候(11 月 2 日)发表在《应用与环境微生物学》杂志上。

“这无疑是世界这一地区最广泛的微生物调查，” 领导这项研究的西北大学马格达莱纳·奥斯本 (Magdalena R. Osburn)说。“这些是地下河的极其特殊的样本，特别难以获得。从这些样本中，我们能够对生活在这些地点的微生物种群的基因进行测序。这个地下河系统为数百万人提供饮用水。因此，无论微生物群落发生什么，人类都有可能感受到。”

奥斯本是一位地球生物学专家，也是西北大学温伯格艺术与科学学院地球和行星科学副教授 。西北大学校友 马修·塞伦斯基(Matthew Selensky) 在奥斯本实验室攻读研究生时，领导了这个项目，作为他论文的一部分。该研究的合著者 帕特里夏·贝多斯 (Patricia Beddows) 是温伯格大学地球与行星科学教授，她领导了这次洞穴潜水探险，并利用了她数十年在这些洞穴工作的经验。西北大学的其他合著者包括 地球和行星科学教授安德鲁·雅各布森(Andrew Jacobson)，以及专注于地球化学的前研究生卡琳·德弗兰科(Karyn DeFranco)。

主要位于墨西哥东南部，广阔的尤卡坦碳酸盐含水层布满了无数的天坑，通向复杂的水下洞穴网络。水下网络拥有多样化但尚未得到充分研究的微生物组，包含淡水、海水和两者的混合物区域。该系统还包括各种区域——从漆黑、没有直接通向地表的深坑到在阳光下闪闪发光的浅坑。

奥斯本说：“尤卡坦半岛本质上是一块由洞穴管道组成的瑞士奶酪。” “我们很好奇，当我们纵观整个系统时，哪些微生物是在一起发现的，哪些微生物是在一个‘邻里’内发现的。”

为了探索这个问题，一组洞穴潜水员从墨西哥金塔纳罗奥州加勒比海岸附近的洞穴系统内的 12 个地点采集了 78 个水样。样本采集范围从北端的 Xunaan Ha 系统到 Sac Actun 系统的内陆和沿海部分(包括一个独特的 60 米深坑)，再到南部的 Ox Bel Ha 系统。

回到一个由潜水店改建的科学实验室，研究人员从每个样本中过滤出细胞并分析其化学成分。接下来，回到西北大学，他们通过 DNA 测序来识别微生物群落。然后，Selensky 开发了一种新的计算程序来对数据集进行网络分析。由此产生的网络显示了哪些物种倾向于生活在一起。对于每个地点，研究人员考虑了每个微生物群落的环境背景，包括洞穴类型(坑或管道)、洞穴系统、距加勒比海岸的距离、地球化学和在水体中的位置。

研究人员发现，虽然来自墨西哥湾的水流入尤卡坦含水层，但该含水层的微生物组与附近海域的微生物组有很大差异。整个洞穴系统中的微生物组也各不相同——从洞穴到洞穴，从浅水到深水。

“微生物群落形成了独特的生态位，”奥斯本说。“根据你观察的位置，不同的角色似乎在移动。但当你查看整个数据集时，就会发现一组核心生物体似乎在每个生态系统中发挥着关键作用。”

奥斯本和她的团队发现 丛毛单胞菌科(Comamonadaceae)是地下水系统中常见的一类细菌，生活在多个生态位中。他们还发现，一个深坑状的天坑，表面有一个开口(允许阳光照射进来)，里面容纳着最多的微生物群落——在整个水柱中被隔离成不同的生态位层。

“看来 丛毛藻科 在含水层的不同部分发挥的作用略有不同，但它始终发挥着重要作用，”奥斯本说。“根据地区的不同，它有不同的合作伙伴。 丛毛单胞菌科及其伙伴可能具有某种互惠代谢，可能共享食物。”

这项名为“尤卡坦东部碳酸盐含水层的微生物生物地理学”的研究得到了大卫和露西尔·帕卡德基金会以及加拿大研究院的支持。