由日本的国立遗传学研究所的村上匠特任研究员和森宙史副教授、山梨大学综合分析实验中心的濑川高弘讲师、千叶大学理学部的竹内望教授、丰桥技术科学大学应用化学与生命工学系的广濑侑助教等人组成的研究团队宣布，通过对栖息在极地和亚洲山地冰川中的微生物集合体“冰尘（Cryoconite）”实施宏基因组分析明确了多样性，发现不同地区的冰尘中所含的细菌种类及其代谢能力存在很大差异。这种差异被认为反映了各地区冰川环境的差异，该成果有助于阐明易受气候变化影响的冰川生态系统。相关内容已经发布在国际科学期刊《Microbiome》3月23日号上。
图：根据宏基因组分析结果推测的极地冰尘与亚洲冰尘的差异
冰尘外层（绿色部分）被蓝藻包裹，光合作用活跃，在这一点上极地和亚洲相同。但外层蓝藻的类型和可以利用的光的范围在极地和亚洲之间存在差异。亚洲冰尘内部（棕色部分）有充足的氮氧化物供应，会通过细菌进行反硝化，而氮氧化物供应有限的极地冰尘被认为几乎不会发生反硝化。（供图：信息系统研究机构 国立遗传学研究所）
冰川虽为极端环境，但具有由适应低温的微生物群落构成的独特生态系统。“冰尘”是一种普遍存在于各地冰川中的粒状结构体，蓝藻是利用光能从二氧化碳中合成有机物的初级生产者，吸收周围的矿物质和有机物生长。众所周知，蓝藻的数量增多后会覆盖住冰川表面并吸收阳光，从而加速冰川融化。另一方面，此前“冰尘”只在部分微生物中调查过，尚不清楚其实态。
此次，研究团队从格陵兰岛和南极半岛等极地冰川，以及喜马拉雅和天山山脉等亚洲山地的共11处冰川中采集了“冰尘”样本，通过实施宏基因组分析，首次进行了全面的基因分析。
由此，成功掌握了“冰尘”中含有的细菌的类型及其携带的各种基因。明确了各地区的细菌是如何获得能量的。
尤其是负责反硝化作用的基因，存在很大的地区差异。亚洲的样本中大量检测出这种基因，而极地的样本中几乎没有检测到。原因被认为是亚洲的山地冰川严重受到了来自城市地区等的沉降物的影响。
另外，蓝藻的分布也存在明显差异。在极地，只有单一的蓝藻种（Phormidesmis priestleyi）参与“冰尘”的形成，而在亚洲，多种完全不同的蓝藻种参与了冰尘的形成。
此外，通过获得与各地区的蓝藻吸收光能有关的基因信息发现，极地主要利用红光。而亚洲不仅利用红光，还利用绿光，或者分别使用这两种颜色的光进行光合作用。在亚洲，除2了沉降物会提供相对比较丰富的营养供应外，似乎还可以通过扩大物种间的光照选择，实现多种蓝藻的共存。
由于冰川生态系统的环境非常恶劣，此前一直认为多样性比较低，但此次发现，不同地区形成了多样化的生态系统。目前全球各地都报告了冰川缩小的情况，急需阐明这个生态系统的实际情况。
村上特任研究员表示：“今后，我们希望通过对其他地区的冰尘也进行全面调查，在全球范围阐明冰尘存在什么样的多样性。另外，还通过继续调查，还想了解冰尘是如何受气候变化影响的。极端环境中的微生物环境与海洋和人体等目前正积极开展宏基因组分析的领域相比尚处于发展阶段，期待能有新的发现。”
【论文信息】
杂志： Microbiome (2022) 10, 50
论文： Metagenomics reveals global-scale contrasts in nitrogen cycling and cyanobacterial light harvesting mechanisms in glacier cryoconite
DOI: 10.1186/s40168-022-01238-7
原文：《科学新闻》
翻译编辑：JST客观日本编辑部
