在公众的帮助下，科学家们通过分析来自大约100条河流的基因数据，绘制了美国90%流域的微生物生活图谱，创建了第一个美国河流微生物综合目录。
该研究确定了在所有被研究的河流中存在的六种核心微生物，这些微生物都利用阳光作为能量，突出了河流生态系统的基本模式。
河流微生物与污染物有显著的相互作用，分解微塑料，并在污水处理厂附近显示出增强的抗生素耐药性，揭示了人类活动如何影响河流健康。
河流的大小，而不是纬度或碳水平，决定了哪些微生物存在，随着河流从小源头流向大水道，群落的变化是可预测的。
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发表在《自然》杂志上的一项新研究揭示了微生物生命的神秘世界，这些微生物塑造了数百万美国人赖以饮用水的河流。这项研究跨越了美国大陆的水道，从小山涧到像密西西比河这样的主要河流。
该论文的主要作者、科罗拉多州立大学（CSU）教授米凯拉·博尔顿在一份声明中说：“人们过去认为河流几乎就像管道，是一种将水从一个地方输送到另一个地方的方式。”“但河流远不止于此——它们在进行各种各样的活动。这是有规律的；这些活动是可以预测的。”
该研究调查了19个主要流域地区的河流，涵盖了从大沼泽地到西科迪勒拉山脉，从加利福尼亚地中海到大西洋高地的不同景观。科学家们从不同大小的河流中收集样本，包括小的源头溪流和较大的水道，直至密西西比河的部分地区。
为了在这个庞大的网络中收集样本，研究人员使用了两种互补的方法。其中一个利用了一个名为“全球动态河流系统水文生物地球化学观测网络”（WHONDRS）的科学网络，该网络向志愿研究人员邮寄采样工具包。这些试剂盒包括材料和一步一步的说明，以确保一致的样品收集。第二种方法是与美国地质调查局的国家水质网络合作，该网络定期监测美国重要河流地点的水质。
太平洋西北国家实验室（Pacific Northwest National Laboratory）研究报告的合著者詹姆斯·斯特根（James Stegen）说：“能够建造出一些东西，让我们团队以外的很多人受益，这是非常令人欣慰的。”所有的水样都在指定的实验室以相同的方式处理，确保结果可以在不同的河流中进行比较。这些信息被汇编到一个名为基因组解析开放流域数据库（GROWdb）的新数据库中。
研究人员发现，微生物通过与污染物（包括抗生素、微塑料和农业径流）的相互作用，显著地塑造了水质。在污水处理厂附近，研究人员发现抗生素抗性基因水平升高，这为人类活动对河流系统的影响提供了新的证据。
卡鲁克部落成员罗恩·里德等 2024年8月下旬，尼·米切尔在克拉马斯河上捕捉到了第一批秋季大马哈鱼。Liz Kimbrough为Mo拍摄 ngabay
“当我们观察河流周围的土地是如何管理的时候，我们可以看到某些人为污染物或化学物质是通过DNA中的微生物处理的，”科罗拉多州立大学农业科学学院教授、该研究的合著者凯利·赖特顿（Kelly wright）说。“这是一种非常牢固的关系。这表明，微生物群中有一个信号，告诉我们如何在土地上生活和管理，这些土地一直进入河流系统，然后流入下游。”
研究表明，随着河流从小源头流向大水道，微生物群落发生了可预测的变化，不同类型的微生物专门处理不同形式的碳和营养物质。
研究发现，在河流中数千种不同的微生物中，从小溪到大河，他们所看到的任何地方都有六种特定的微生物。这六种植物都利用阳光产生能量，类似于植物的光合作用。把它们想象成漂浮在每条河流中的微型太阳能电池板。
事实证明，河流的大小对决定哪些微生物生活在那里很重要。一条河流是在南北向（纬度），或者水中有多少碳，比河流的大小更重要。随着河流变大，从山间小溪变成更大的水道，微生物群落以可预测的方式发生变化。
在小溪（低阶河流）中，研究人员发现了专门分解植物聚合物、芳香化合物和糖等复杂物质的微生物，这些物质是从周围的土地上冲进来的。小溪与周围的土地紧密相连，通常被树木遮蔽，树木将树叶和其他有机物滴入水中。
随着河流变大（高阶河流），微生物群落发生了变化。更多的微生物似乎可以使用更简单的碳化合物，特别是可以处理甲醇的甲基营养体。这些甲醇可能来自不同的来源，而不是小河。它是由河流藻类或微生物分解植物材料产生的。
研究表明，这不是一个随机的变化。研究人员一致发现，在小河流中有更多的聚合物和糖加工微生物，而在大河流中则主要是甲基化营养菌。这种模式在不同地区重复出现，表明这是河流从源头发展到主要水道的基本特征。
温度对微生物的繁殖也起着至关重要的作用。研究人员发现了一个清晰的模式：利用阳光作为能量的微生物和那些需要氧气的微生物受到水温的强烈影响。这表明，随着气候变化改变河流温度，可能会破坏这些有助于保持河流健康的微生物群落。
研究表明，河流的健康取决于微观层面上复杂的相互作用。随着气候模式的变化和人类活动对水道的持续影响，这种关于微生物群落的新知识可以帮助科学家监测和保护数百万美国人每天依赖的这些重要水源。
赖特顿说：“我们希望这些信息最终可以用于开发新的诊断方法，作为健康河流与不健康河流的指标。”
横幅图像美国地质调查局的一艘船2015年12月，他在密苏里州圣路易斯附近监测密西西比河洪水。图片来源：美国地质调查局
Liz Kimbrough是Mongabay的特约撰稿人，拥有杜兰大学生态学和进化生物学博士学位，在那里她研究了树木的微生物组。点击这里查看更多她的报道。
“极度无知”：微生物，生物多样性之谜中缺失的一块
引用:
Borton, m.a., McGivern, b.b., Willi， K.R.等。从北美河流众包的功能性微生物组目录。自然(2024)。https://doi.org/10.1038/s41586-024-08240-z
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