南極是個又冷又乾的地方。這種地方你或許會想去探個險,看看冰封的世界長得什麼樣,但是如果要你在那裡住上一年半載,那就謝謝再聯絡了。什麼樣的生物會住在這種極端環境裡呢?我想大家腦中浮現的畫面一定是可愛的企鵝(北極熊是住北極的啦),成群結隊搖搖晃晃的走在冰上,還有人會跌倒,乾脆用肚子在冰上滑。這應該是你印象中的南極大陸。 不過,這個狀況正在慢慢的改變。全球暖化融掉了不少冰,露出下面的土地。這下子企鵝開心了, 開始移動到這些土地上生活養小孩,所以企鵝是個在全球氣候變遷下的獲利者。隨著能住的地方變多,企鵝族群也持續變大。就拿阿德利企鵝 (Adélie penguin, Pygoscelis adeliae) 來說,牠們的族群數量在過去二十年裡就增加了 50%。肥嘟嘟的企鵝開心地潛水捕魚吞下肚,回到岸上把魚肉吐出來餵小孩。吃飽了的肥鳥們跟我們一樣(我不是肥鳥)把消化不了的廢物(俗稱大便)噗的一聲排到地上。哎呀不得了,這大便裡可是有著滿滿的細菌,而且這麼多大小企鵝擠在一塊小地方努力大便,那景象想像起來就有點恐怖。企鵝的繁殖區變大,大便覆蓋的面積就變大了。微生物學家們擔心,這些越來越多的大便細菌,會不會毀了這個剛從冷凍庫裡解凍的南極新世界? 於是一群微生物學家到了南極阿德利企鵝的繁殖區來找答案。他們在區裡區外選了四個樣點,每個樣點採集三個土壤樣本來分析,看看細菌組成有沒有被改變,也檢視化學成份的改變。首先他們想解答這個問題:企鵝的大量聚集有沒有改變土壤菌相?他們以腸道裡常見的 Firmicutes 當指標,來看看在繁殖區的土壤裡,這些來自腸道的細菌的相對數量有沒有增加。他們定序分析樣本裡細菌 16S rDNA 序列,得到的結果一如預期,來自企鵝腸子裡的 Firmicutes (尤其是 Clostridiaceae 科的細菌) 在繁殖區裡真的比較多,遠離繁殖區就會變少。大便裡的細菌果然在這裡開始住下來了。 不過,大便細菌還不是最大的問題,因為過慣腸子裡高養份環境奢侈生活的細菌, 一旦被放生到養份少少的自然環境,大概只能苟延殘喘一陣子就完蛋了。反倒是企鵝帶來的另一個衝擊更值得我們注意。 由於土地不再冰封,原本沒法在南極生長的微生物這下終於見了天日,在遠古年代休眠的細菌一一復甦。土壤裡最大的變化是應該是這些細菌恢復生命現象開始代謝,準備重新上線加入養份循環的功能群組。但是南極大陸畢竟是個極端環境,沒植物行光合作用提供養份。養份少得的可憐。沒能量,細菌想動也動不了。
不過這時出現的企鵝,剛好成了微生物的救星。你知道大便在南極這種地方有多珍貴嗎?動物糞便裡有細菌們長久以來盼望著的碳、氮和磷,有了這些養份,細菌們就可以開始進行大量複製。一坨鳥屎在台灣的泥土上或許不痛不癢頂多被人嫌臭,但是在南極這種養份貧乏的地方,這些養份就可能造成微生物世界的革命。企鵝正常的廢物釋放,其實正在把來自海洋的愛(養份),搬運到陸地給土壤裡的微生物們使用。 如果真是這樣,那受惠的細菌就很多了。我們應該會看到土壤裡各種善於利用養份長得快的細菌會佔優勢,耐命但長得慢的細菌會慢慢減少。而從他們實際得到的實驗數據裡,我們可以看到繁殖區的土壤菌相和其他樣本有明顯差別,而且在繁殖區樣本的細菌社會裡,愛搶食物長得快的 Proteobacteria 門的細菌增加,長得比較慢的 Actinobacteria 門細菌的數量變少。而這個菌相上的改變跟土壤裡濕度增加,以及有機碳、有機氮、無機氮、磷酸的濃度有關,看起來很可能是養份的增加連帶改變了菌相組成。 雖然全球暖化還沒嚴重到讓海平面上升淹沒台灣,但是在地球其他地方已經開始造成改變,這個南極冰融解凍土壤影響企鵝就是個例子。在極地這樣一個相對脆弱的生態系裡,除了要擔心這些復活的微生物裡是否釋出有被封印的惡靈危害世界,還得注意因動物行為帶來的菌相改變。想要知道這改變對生態的衝擊,還得進一步做像測定細菌代謝活性這種量化的實驗,才能真正準確評估對生態系裡碳氮通量造成的影響有多大了。 參考文獻 Guo Y, Wang N, Li G, Rosas G, Zang J, Ma Y, Liu J, Han W, Cao H. 2018. Direct and indirect effects of penguin feces on microbiomes in Antarctic ornithogenic soils. Front. Microbiol. DOI: 10.3389/fmicb.2018.00552 |