Are members of Bacillus cereus group restricted to specific regions of Antarctica?
尽管在南设得兰群岛进行了广泛的多年度采样,本研究仍表明,蜡样芽孢杆菌属细菌在现代南极洲极其罕见,且在空间上仅局限于乔治王岛。
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在我们的星球土壤深处,隐藏在草地、沙地和森林地表之下,生活着庞大的微生物群落。其中最常见的包括形成坚硬休眠壳(即孢子)的细菌,这种结构使它们能够长期在极端高温、严寒和干燥环境中生存。这类细菌中有一个特定的家族,被称为“蜡样芽孢杆菌”(Bacillus cereus)组,广泛分布于世界各地的土壤中。虽然该家族的大多数成员对人类无害,但其中一些可能会导致人类或昆虫生病,这使得它们在环境中的存在成为了科学家关注的焦点。几十年来,研究人员一直想知道这些无处不在的细菌在地球上最极端的环境中是如何表现的,特别是在南极洲。随着该大陆变暖,人们日益担心被困在冻土中的古老微生物可能会苏醒,从而可能影响脆弱的极地生态系统,甚至带来新的风险。了解这些细菌生活在哪里,或者它们是否真的生活在那里,对于绘制这片冰冻大陆的隐藏生命图谱至关重要。
一个来自巴西的研究小组出发去回答一个简单但困难的问题:这些常见的土壤细菌是否真的存在于南极洲,如果存在,它们又躲在哪里?在2019年至2023年间,科学家们前往南极半岛附近的南设得兰群岛进行考察。他们从包括山顶、海岸和研究站附近区域在内的各种地点采集了314份独立的土壤样本。其目标是观察他们能否从这些冻土中培养出“蜡样芽孢杆菌”组。为此,他们使用了一种专门用于唤醒休眠细菌孢子的实验室技术。他们将土壤与水混合,通过加热杀死较弱的生物,然后将混合物涂布在营养丰富的培养基板上,并在不同的温度下进行孵育,以观察生长情况。
结果却出人意料地稀少。尽管这项涉及数百份样本、历时五年的大规模工作,团队仅发现了八处目标细菌。这八株细菌来自314份土壤样本中的仅七份,成功率仅为2.2%。更令人震惊的是发现的位置。所有阳性样本都来自同一个特定岛屿:乔治王岛。研究人员在他们采样的其他岛屿(如利文斯顿岛、内尔森岛或德ception岛)并未发现这类细菌。在对发现的细菌进行检查时,他们确认这些细菌属于“蜡样芽孢杆菌”组,特别是严格意义上的“蜡样芽孢杆菌”。他们排除了其他危险的近亲,例如引起炭疽病的细菌或产生杀虫晶体的菌株,未在样本中发现这些特定特征的证据。
发现的位置增添了一层神秘色彩。乔治王岛是该地区访问量最大的地方,拥有多个国家级研究基地并接待大量游客。而那些没有发现细菌的其他岛屿通常更为偏远。这种模式表明,在乔治王岛发现的细菌可能根本不是南极环境的本土物种。研究人员注意到,所有分离出的细菌在37摄氏度的温暖温度下生长得最好,而这正是人体温度。对于通常适应寒冷的南极生命而言,这很不寻常。这些细菌偏好温暖环境且仅在人类活动最频繁的岛屿被发现,这一事实引导科学家怀疑,它们可能是由来自世界其他地方的人类、动物或设备带到那里的,而非自然进化于此。
为了理解这一发现的罕见程度,团队还查阅了以往所有关于这些细菌在南极洲研究的已发表文献。他们发现,极少有研究人员能成功地从该大陆分离出这些细菌。大多数先前的研究要么未能发现它们,要么仅在非常特定且孤立的情况下发现它们。本研究证实,尽管这些细菌在地球其他地方随处可见,但在南极洲却极其罕见。研究人员得出结论,认为“蜡孢杆菌”组并非南极土壤中广泛分布的居民。相反,它似乎是一个罕见的访客,很可能局限于人类活动最频繁的区域。这一发现挑战了这些细菌无处不在的观点,表明南极大陆严酷的条件有效地将它们拒之门外,或者它们仅仅还没有机会在那里扎根。
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