中大新聞網(wǎng)訊（通訊員黃立南）地球上廣泛分布著包括地?zé)崛?、深海熱溢口、冰凍圈、高鹽生境、深地以及礦山酸性廢水等各種極端環(huán)境（圖1）。盡管理化條件嚴(yán)酷，這些生境給來(lái)自所有三個(gè)生命域的眾多微生物提供多樣化的生態(tài)位。這些獨(dú)特的微生物進(jìn)化出了不同的策略以應(yīng)對(duì)多種極端環(huán)境脅迫，定義地球生命的物理和化學(xué)極限，并吸引了從基礎(chǔ)理論到生物技術(shù)應(yīng)用方面的大量研究。此外，由于其高度簡(jiǎn)單的生物學(xué)組成，不依賴(lài)于培養(yǎng)的微生物組學(xué)分析的整體可操作性，以及緊密的地球化學(xué)和生物學(xué)過(guò)程的耦合，一些極端環(huán)境（如美國(guó)加州Richmond礦內(nèi)部的極端嗜酸生物膜、黃石國(guó)家公園堿性熱泉中的藍(lán)細(xì)菌菌席、西班牙Santa Pola多級(jí)太陽(yáng)能鹽田的微生物群落、南美Atacama沙漠巖鹽中的嗜鹽微生物等）是研究微生物生態(tài)、進(jìn)化和環(huán)境適應(yīng)性的理想目標(biāo)。有鑒于此，極端環(huán)境一直是微生物生態(tài)學(xué)和環(huán)境微生物學(xué)的重要學(xué)科前沿。
圖1 代表性極端環(huán)境的全球分布。每一類(lèi)極端環(huán)境中的微生物均面臨多種脅迫。
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黃立南教授的研究小組長(zhǎng)期致力于礦山酸性廢水（acid mine drainage, AMD）模式系統(tǒng)的微生物生態(tài)學(xué)研究，系列創(chuàng)新性研究成果獲得國(guó)際同行的高度關(guān)注。最近，黃立南教授與華南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的束文圣教授一起應(yīng)邀為著名學(xué)術(shù)期刊Nature Reviews Microbiology撰寫(xiě)題為“Microbial diversity in extreme environments”的綜述文章，系統(tǒng)分析和總結(jié)了近年來(lái)國(guó)際微生物生態(tài)學(xué)界在極端環(huán)境微生物多樣性（尤其是大尺度生態(tài)分布格局和新類(lèi)群的發(fā)現(xiàn)）、群落功能與動(dòng)態(tài)以及微生物進(jìn)化等方面所取得的主要研究進(jìn)展，強(qiáng)調(diào)極端環(huán)境作為微生物‘暗物質(zhì)’寶庫(kù)以及發(fā)現(xiàn)新的深分枝古菌和細(xì)菌類(lèi)群熱點(diǎn)的重要性（圖2），并展望相關(guān)領(lǐng)域的主要知識(shí)空白及未來(lái)研究潛在的突破點(diǎn)，包括驅(qū)動(dòng)微生物多樣性分布格局的生態(tài)學(xué)和進(jìn)化學(xué)過(guò)程、新的重要微生物類(lèi)群的培養(yǎng)和功能驗(yàn)證、病毒及真核微生物的生態(tài)等等。文章最后闡述基于這些簡(jiǎn)單模式系統(tǒng)的研究所推斷的生態(tài)學(xué)原理，可望預(yù)測(cè)其他較低約束性生態(tài)系統(tǒng)的特征；因此，一個(gè)對(duì)極端環(huán)境微生物生態(tài)與進(jìn)化的完整認(rèn)識(shí)，將最終加深我們對(duì)更復(fù)雜自然群落以及全球生態(tài)系統(tǒng)的理解。
圖2 基于NCBI數(shù)據(jù)庫(kù)中所有古菌基因組的系統(tǒng)樹(shù)，展示目前已知的主要分枝（門(mén)水平）。帶顏色的圓圈從左到右依次表示其首次基因組采樣的生境，每個(gè)門(mén)所有基因組的生境分布（顯示3種最多基因組的極端環(huán)境），以及培養(yǎng)情況（未培養(yǎng)、富集培養(yǎng)、共培養(yǎng)和純培養(yǎng)）。
束文圣教授和黃立南教授為這篇綜述文章的共同第一作者和共同通訊作者。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助（批準(zhǔn)號(hào)41830318，31570500和31870111）。羅振豪等多名研究生和博士后承擔(dān)了部分組學(xué)數(shù)據(jù)的分析工作。
