Metagenomic analysis of the effects of European bison Bison bonasus (Linnaeus, 1758) presence on soil community structure and function in West Blean and Thornden Woods, Kent
本研究利用 Oxford Nanopore 宏基因组学技术证明，尽管将欧洲野牛重新引入西布莱恩（West Blean）和索登森林（Thornden Woods）仅引起了土壤分类多样性的轻微变化，但却显著改变了微生物的功能组成，揭示了在再野化早期阶段物种多样性与生态系统功能之间的脱节现象。
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在森林地表深处，一个由微观生命构成的隐秘世界正不知疲倦地运作着，以维持生态系统的运转。这些土壤群落由细菌、真菌和其他微小生物组成，是自然的引擎室。它们分解枯叶、循环养分并帮助植物生长。几十年来，科学家们已经了解到，当野牛等大型动物在景观中游走时，它们会改变上方的植被。但长期以来，一个问题始终悬而未决：当这些庞然大物回归时，土壤中的隐形生命会发生什么变化？这正是来自英国的一项新研究的核心所在，该研究探讨了消失的巨兽回归是否能重塑我们脚下微观世界的形态，以及这些变化是否能在动物抵达仅两年后就显现出来。
故事始于肯特郡的西布兰（West Blean）和索恩登伍兹（Thornden Woods），这里是英格兰最古老、最大的古老林区之一。在这里，一个名为“狂野布兰”（Wilder Blean）的保护项目重新引入了欧洲野牛——这种欧洲最大的食草动物，旨在充当“天然园丁”。这些动物曾一度在野外灭绝，它们的回归是让自然重新实现自我管理这一更广泛努力的一部分。2022年，一小群由四头成年野牛及其后代组成的野牛被释放到森林的一个特定区域。为了了解这种重新引入的影响，研究人员着手将这个新的野牛区域的土壤与另外两个相邻区域进行对比：一个是多年来一直有矮马和牛等家畜放牧的区域，另一个则是没有大型食草动物进行人工管理的区域。研究人员在2022年（即野牛到达前）以及2024年（即野牛定居两年后），分别从这三个区域采集了土壤样本。
为了观察土壤中正在发生的变化，团队不仅观察了泥土本身，还观察了其中所有生物的DNA。通过使用一种可以读取长链遗传物质的现代测序技术，他们分析了土壤样本，以识别存在哪些类型的微生物以及它们能够执行哪些工作。这种方法使他们不仅能看到生物的名字，还能看到群落的“功能潜力”——本质上，就是土壤处理诸如分解碳或处理氮等任务时所拥有的“生物工具箱”。研究人员特别感兴趣的是，野牛的到来是否会导致土壤构成或其履行生态职责能力的快速转变。
结果揭示了自然对变化做出反应时的一种令人惊讶的细微差别。当研究人员统计土壤中不同类型微生物的总数时，他们发现整体多样性保持得非常稳定。与其它区域相比，野牛区域的不同物种数量并没有出现显著的下降或激增。然而，这些物种的具体组合已经开始发生变化。2024年野牛区域的土壤与两年前该区域的土壤不同，也与其它放牧区域的土壤有所差异。这表明，虽然赛场上的球员总数保持不变，但球队的阵容正在发生变化，即某些类型的微生物变得更加普遍，而另一些则变得较少。
通过深入挖掘这些微生物发挥的具体作用，研究发现土壤处理养分的方式发生了明显的改变。在野牛区域，某些化学路径的遗传潜力有所增加。具体而言，土壤制造氨基酸（蛋白质的构建模块）和处理碳（生命的根本燃料）的能力有所提高。与此同时，研究人员注意到，已知负责从空气中固氮的某些细菌的相对丰度有所下降。这种模式表明，野牛通过其粪便和尿液，可能为土壤增加了足够的氮，使得植物和微生物不再需要如此依赖那些特定的固氮细菌。土壤实际上正在调整其策略，以应对大型动物带来的新营养输入。
研究还观察了植物与真菌之间的关系。研究发现，一种有助于植物吸收水分和养分的益生真菌，在野牛区域的常见程度低于对照组区域。这可能表明，受野牛放牧影响而变化的植物群落，正在改变那些已存在数世纪之久的地下伙伴关系。有趣的是，土壤功能能力的改变比物种数量的变化更为明显。这意味着，甚至在“工人名单”发生显著变化之前，土壤的“职位描述”就已经被改写了。
尽管出现了这些明显的转变，但研究人员谨慎地指出，这仅仅是一个长篇故事的开端。在森林的生命周期中，两年是非常短暂的时间，观察到的变化只是早期信号，而非最终结果。这项研究证实了野牛的重新引入确实改变了土壤环境，但尚未证明这些变化是否会导致一个更具韧性的生态系统，或者是否会随着时间的推移趋于稳定。研究结果强调，通过观察土壤微生物的遗传功能，可以比单纯计数物种更早地揭示生态变化。随着野牛继续游走并重塑景观，它们脚下的土壤已经在适应，并针对这位消失了近一个世纪的巨兽的回归，重新编写着自身的指令。
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