熱帯富栄養河川における乾季降雨が機能遺伝子組成を変化させ、生態系機能を調節するメカニズム

科学分野:

• 淡水微生物生態学、生物地球化学的循環、生態系の回復力

背景:

• 干ばつと降雨の交互のようなパルス的な水文擾乱は、淡水生態系を再形成する。微生物群集は炭素（C）、窒素（N）、リン（P）の循環を駆動するが、擾乱に対するそれらの応答は複雑で、十分に理解されていない。

研究 の 目的:

• 熱帯河川における乾季の降水イベント前後の微生物機能遺伝子ダイナミクスを体系的に比較すること。パルス的な水文擾乱に対する微生物機能応答の調節メカニズムを解明すること。

主な方法:

• 微生物機能遺伝子組成と多様性（シャノン多様性、空間的類似性）の比較分析。C、N、P循環経路とその代謝シフトの分析。微生物間相互作用とキーストーン分類群の変化を特定するための共起ネットワーク分析。環境要因と多様性が微生物機能に与える調節効果を評価するための偏最小二乗パスモデリング（PLS-PM）。

主要な成果:

• 降水は微生物の多様性と炭素・窒素循環遺伝子の空間的類似性を著しく低下させ、全体的な機能遺伝子組成を変化させた。炭素代謝は従属栄養経路にシフトし、リン代謝はエネルギー効率の良い有機リン加水分解を促進した。窒素循環は段階特異的な応答を示し、脱窒は増加したが、最終還元段階は阻間された。微生物の共起ネットワークは、肯定的な関連性が減少し、キーストーン分類群のシフトを示した。降水は微生物遺伝子に対する直接的な環境規制を増幅し、微生物多様性がリン循環に与える影響を逆転させた。

結論:

• 水文擾乱は、淡水生態系の微生物群集構造と機能に深刻な影響を与える。降水後、C-N-P循環は少数の優占的な分類群に依存し、生態系安定性の潜在的な脆弱性を強調する。本研究結果は、気候変動による水文変動下での淡水生態系の管理と回復力評価に洞察を提供する。