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冰人奥茨微生物群:古老生命与耐寒菌群的共存奥秘

冰人奥茨微生物群:古老生命与耐寒菌群的共存奥秘

一项最新研究成功揭示了“冰人奥茨”复杂而漫长的微生物历史,精确区分了在他生命中伴随的微生物,以及在他去世后和数十年保存过程中才定居的微生物。

五千多年来,冰人奥茨一直携带着一个无形的微生物群落,穿越冰川、时间以及现代博物馆的精心保存。如今,科学家们首次对这个微生物生态系统进行了迄今为止最详细的观察,旨在辨别哪些微生物是奥茨生前所携带,哪些则是在他去世后及保存期间才出现的。

通过运用多种遗传和微生物技术,对广泛的样本进行分析,研究人员在奥茨的内部组织中发现了其原始肠道微生物组的细菌痕迹。此外,他们还意外地发现了一群适应寒冷的酵母菌,这些酵母菌很可能起源于冰川环境,并与木乃伊保持关联至今。

这项发表在《Microbiome》杂志上的研究成果,为古老遗骸的长期保存以及微生物在极端寒冷环境中非凡的生存策略提供了全新的见解。

此次调查范围广泛而深入。研究人员分析了木乃伊表面的冰层、从木乃伊内部收集的融水,以及大量的拭子样本。他们还将早期对肠道组织和胃内容物的研究数据纳入考量。为了更好地理解环境因素的影响,研究团队还检测了1991年奥茨被发现时从发现地点收集并冷冻的土壤样本。

科学家们还在肠道组织和胃内容物中发现了原始肠道微生物组的遗传痕迹。这一微生物群落最初在2019年由欧洲研究学院(Eurac Research)进行的一项研究中被描述,它与已知早期人类群体的有限肠道细菌样本非常相似。此类微生物在现代工业化社会的人群中已极为罕见,这使得奥茨成为了解过去人类微生物组的异常宝贵的信息来源。

新发现的酵母菌是从皮肤样本、木乃伊内部的融水和胃内容物中回收的。这些高度特化的生物体能够适应寒冷条件。基因检测显示,它们与在包括南极洲在内的极寒地区发现的菌株存在亲缘关系。这表明这些酵母菌起源于冰川环境,并可能已与木乃伊共存了数千年。研究人员识别出了严重降解(古老)和保存完好(现代)的DNA。

研究结果表明,这些微生物并非仅仅是遥远过去的残余。它们似乎在当前零下6摄氏度(21.2华氏度)和高湿度的保存条件下持续存在,可能处于休眠状态。“我们在这里看到了连续性,”欧洲研究学院木乃伊研究所所长弗兰克·迈克斯纳(Frank Maixner)表示,“这些酵母菌在奥茨跨越数千年的漫长旅程中一直伴随着他。”迈克斯纳认为,这些结果表明木乃伊“并非一个静态的遗迹,而是一个动态的生物系统”。

该研究还指出,早期的保存处理可能无意中促进了某些微生物的生长。四种酵母菌中有三种拥有能够分解苯酚的基因,苯酚是奥茨被发现后用于清除木乃伊表面真菌生长的物质。这些酵母菌可能将其作为食物来源。

微生物学家兼主要作者穆罕默德·S·萨尔汗(Mohamed S. Sarhan)表示:“木乃伊的微生物组是独一无二的,因为我们既要处理超过5000年历史的微生物,同时也要处理自发现以来引入的现代微生物。”

负责木乃伊保存的南蒂罗尔考古博物馆馆长伊丽莎白·瓦拉扎(Elisabeth Vallazza)评论道:“木乃伊目前的保存条件非常稳定。严密的微生物监测确保木乃伊不受损害。但无疑需要进一步的研究和全面的保护工作,才能将其保存给更多的后代。”

文物保护专家兼合著者马可·萨马德利(Marco Samadelli)强调:“冰川木乃伊的保存条件尚未完全理解。这项研究扩展了我们在这方面的知识。”

除了改进保存工作,这些发现还可能具有实际应用价值。适应寒冷的微生物有望应用于节能的工业过程,包括低温发酵。


参考文献: Mohamed S. Sarhan, Marco Samadelli, Elisabeth Vallazza, Frank Maixner et al. The microbiome of the Iceman Ötzi: a story of 5300 years of preservation. Microbiome, 2024; DOI: 10.1186/s40168-024-01768-4
(责任编辑:scinews)