A Static Core in a Dynamic Inheritance: Spatial Partitioning and Redundancy Ensure Century-Long Stability of Jiuyao Microbiota
这项研究表明，九窑微生物群在361代中的百年稳定性是由关键物种的静态核心和空间结构化的功能冗余所维持的，其中含水量驱动了群落演替，且独特的表层-核心区层确保了代谢缓冲和一致的发酵性能。
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数千年来，人类一直依赖固态发酵将谷物、大豆等简单原料转化为奶酪、酱油和米酒等复杂且风味独特的食物。这项古老的工艺依赖于细菌、酵母和真菌组成的隐形群落，它们协同工作，分解食物并创造出新的风味。虽然这些微生物团队至关重要，但科学家长期以来一直难以理解它们是如何保持组织性和一致性的。在许多传统工艺中，会将上一批次的少量物质加入到新的一批中以启动发酵，这种做法被称为“回添”（back-slopping）。一个重大的问题是：尽管天气、工具或原材料会发生变化，这些微小的群落是如何在多年间始终如一地实现相同结果的？如果微生物团队瓦解，风味就会改变，或者产品会变质。理解维持这些群落稳定的规则，是保护这些古老工艺并改进现代食品生产的关键。
中国研究人员最近将注意力转向了用于制作黄酒的一种传统引种——酒曲（jiuyao）。这种酒曲并非单一成分，而是一个由发酵后的米和草药组成的小圆球，已传承了361代，跨越了一个多世纪。研究团队想要了解这个微小的圆球是如何在如此长的时间里保持其身份和功能的。通过追踪多个生产周期内酒曲内部的微生物，他们发现，稳定性来自于一个固定的核心微生物群组与基于微生物在球体内生存位置的巧妙分工。
研究表明，酒曲群落是围绕着一组特定的细菌和真菌构成的“静态核心”建立的，无论年份如何变化，这些成员都保持着主导地位。这些成员包括细菌中的肠膜单胞菌（Pediococcus pentosaceus）和蜡样单胞菌（Weissella cibaria），以及真菌中的拟丝孢菌（Saccharomycopsis fibuligera）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。虽然不同年份之间不同物种的总数可能会略有波动，但这些关键角色从未离开过领先的位置。这种一致性确保了发酵过程始终从相同的核心工作者开始。然而，研究人员发现，仅仅拥有正确的微生物是不够的；酒曲内部的环境同样起着至关重要的作用。
含水量成为了塑造微生物群落的最强大力量。研究人员测量了不同时期酒曲中的水分含量，发现仅这一个因素就解释了真菌群落近一半的变化，以及细菌变化的很大一部分。随着发酵的进行，水分水平稳步下降，这种干燥过程就像一个过滤器，筛选出那些能在这些特定条件下生存并繁衍的微生物。这种环境压力帮助核心微生物占据主导地位并保持系统稳定，有效地阻挡了可能试图加入其中的不需要或有害的生物。
研究人员还仔细观察了酒曲球的物理结构，并发现了表面与中心之间令人惊讶的分工。外层由于暴露在空气中且干燥得更快，成为了与湿润、受保护的中心截然不同的微生物家园。表面富含丝状真菌，它们擅长将大型、坚韧的食物分子分解成较小的碎片。与此同时，中心则由酵母和乳酸菌主导，专注于将这些较小的碎片转化为酒精和风味化合物。这种空间分离意味着，如果球体的某一部分面临挑战，另一部分可以进行补偿，从而确保整个过程能够平稳推进。
为了理解这些微生物是如何协同工作的，团队分析了它们产生的化学物质。他们发现，位于表面的微生物和位于中心的微生物在不同时间产生不同的化学物质。在过程早期，表面微生物忙于分解蛋白质和脂肪，而中心微生物已经开始产生风味前体。随着时间的推移，中心微生物接管了脂肪酸和其他赋予最终美酒浓郁口感的化合物的生产。这种协调的工作方式——即根据位置处理不同任务——创造了一个强大的系统，能够承受长达一个世纪生产史中的各种变化。
研究还表明，酒曲的稳定性不仅在于微生物本身，还在于它们为彼此创造的环境。核心微生物产生的酸降低了pH值，使环境对于有害细菌而言过于酸性。这种自建的屏蔽层保护了益生菌，并确保了发酵过程的安全与一致。研究人员证实，这一系统非常有效，即使微生物的具体数量略有波动，酒曲的化学组成（包括其酶和风味化合物）在不同年份间仍保持得非常相似。
通过结合基因测序与化学分析，研究人员构建了关于这种古老引种如何运作的详细图景。他们发现，酒曲的稳定性依赖于两个方面：一是代代相传的一小群不变的核心微生物，二是动态的环境，其中水分水平和温度创造了执行不同任务的不同区域。这一发现为看待传统发酵提供了一种新视角。生产者不必试图控制每一个微生物，而是可以专注于维持正确的环境条件并保护核心群落。这种方法有助于在不丢失数百年来精炼出的独特品质的前提下，实现传统食品生产的现代化。这项工作表明，这些发酵食品长寿的秘密在于固定的工作团队与灵活多变的生存世界之间的平衡。
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