根据劳伦斯-利弗莫尔国家实验室 (LLNL) 和北亚利桑那大学的研究人员在 Nature Communications 上发表的新发现，在地球的整个生态系统中只发现了少数细菌种群负责土壤中碳循环的一半以上。 新的研究表明，虽然在从四个不同生态系统收集的野生土壤中发现了多种微生物类群，但在这些生态系统中常见的细菌只有三到六组，它们负责大部分土壤碳消耗。

土壤中的碳含量是地球上所有植被的两倍，因此预测碳如何储存在土壤中并以二氧化碳的形式释放是理解未来气候动态的关键计算。该研究团队包括来自太平洋西北国家实验室 (PNNL)、马萨诸塞大学阿默斯特分校和西弗吉尼亚大学的科学家。他们正在询问如何在地球系统和气候模型中考虑这种关键的细菌过程。

LLNL 科学家 Jennifer Pett-Ridge 说：“在用葡萄糖改性的土壤中，使用葡萄糖衍生碳最多的细菌也是使用最多土壤原生碳的细菌，这意味着一个小的行为关键分类群的数量可能会改变“影响系统的整体碳平衡”，她是该论文的合著者，也是美国能源部 LLNL 土壤微生物组研究科学重点领域的负责人。不同微生物种群对于建立对分类敏感的土壤碳模型至关重要，这可能会降低气候变化预测的不确定性。"

Bram Stone 是北亚利桑那大学生态系统科学与社会中心的博士后研究员，他领导了这项研究，现在在太平洋西北国家实验室工作。 “但我们的数据表明，当涉及到土壤呼吸等重要功能时，土壤群落中可能存在大量冗余内容。发挥最大作用的是一些常见且丰富的参与者。”

这些细菌：布拉氏菌、酸杆菌 RB41 和链霉菌 - 在使用添加到土壤中的现有土壤碳和养分方面比它们的稀有细菌更有效。当碳和氮被添加到土壤中时，这些已经占优势的细菌菌株巩固了它们对养分的控制，它们比现有的其他分类群吃得更多，生长得更快。虽然研究人员已经鉴定出数千种独特的生物和数百种不同的属（物种集合），但仅 6 个属就需要占碳使用量的 50% 以上，而只有 3 个属需要增加养分，占碳使用量的一半以上。土壤负责。

LLNL 的 Pett-Ridge 和 Steven Blazewicz 以及研究团队使用标有重氧同位素 (18O) 的水作为示踪剂，对土壤样本中发现的 DNA 进行测序，并跟踪氧同位素以观察哪些类群有它 并入他们的 DNA ，这是增长的信号。这种称为定量稳定同位素检测 (qSIP) 的技术使科学家能够在单个分类群的水平上追踪野生土壤中生长的细菌。然后，研究小组计算了每个分类群的丰度，并对细菌消耗土壤碳的效率进行了建模。包含分类特异性、基因组大小和生长的模型在预测测量的二氧化碳排放量方面比仅查看每个细菌群的丰度的模型要准确得多。它还表明，只有少数分类群体产生了研究人员观察到的大部分二氧化碳。

PNNL 微生物组科学团队负责人兼该研究的合著者 Kirsten Hofmockel 说：“更好地了解个体生物如何对碳循环做出贡献对于管理土壤肥力和减少气候变化预测的不确定性很重要.这项研究将土壤微生物的分类和功能多样性分开，要求我们以新的方式考虑生物多样性。”