宾夕法尼亚州立大学领导的一个研究小组在一项新的研究中发现了一种新的方法来检测生物土壤结皮或生物结皮中微生物的活动，这些方法在它们被湿润后发现了一些线索，这些线索将有助于更好地理解微生物在世界各地许多半干旱生态系统中形成活皮肤的作用。这些微小的生物以及它们所产生的微生物群正受到气候变化的威胁。
{{ edit_2 }}研究人员在《微生物学前沿》杂志上发表了他们的发现。
{{ edit_3 }}宾夕法尼亚州立大学土壤与环境微生物学助理教授、研究小组组长埃斯特尔·库拉多(Estelle Couradeau)说:“生物结壳目前覆盖了地球陆地表面约12%的面积，由于气候变化和土地利用集约化，我们预计它们将在65年内减少约25%至40%。”“我们希望这项工作可以为理解支持生物外壳适应快速变化的气候模式和更频繁的干旱的微生物功能铺平道路。”
{{ edit_4 }}生物土壤结皮是在土壤中形成一个多年生的、组织良好的表层的生物组合。它们分布广泛，发生在所有大陆，只要缺水限制了普通植物的生长，光线就能到达裸露的土壤。但是仍然有足够的水来支持微生物的生长，这些微生物提供有价值的生态系统服务，例如从空气中吸收碳和氮并将它们固定在土壤中，循环利用营养物质并将土壤颗粒聚集在一起，这有助于防止灰尘。
{{ edit_5 }}根据Couradeau的说法，这种稳定土壤的功能——通过提供土壤结块而不分解成灰尘的方式来减少侵蚀——是极其重要的。她的研究小组现在在宾夕法尼亚州立大学农业科学学院，十年来一直在深入研究生物结壳。
{{ edit_6 }}她说:“大多数灰尘是在干旱地区产生的，研究表明，干旱地区生物结壳的存在大大减少了原本会进入大气的灰尘数量。”“我们认为失去生物结壳会导致全球粉尘排放和沉积增加5%到15%，这将影响气候和环境政府和人类健康。”
{{ edit_7 }}在生物结壳存在的半干旱地区，这些生物——微小的苔藓、地衣、绿藻、蓝藻、其他细菌和真菌——一年可能只会经历几次雨雪事件，瑞安·特雷克斯勒(Ryan Trexler)解释说，他是跨学院生态学和生物地球化学研究生项目的博士候选人，也是这项研究的带头人。
{{ edit_8 }}“当土壤干燥时，在很大程度上，土壤中的微生物处于休眠状态，没有什么作用，”他说。“但一旦它们感觉到水，它们就会在几秒钟到几分钟内迅速复苏。它们积极地制造叶绿素，固定碳和氮，直到土壤再次干燥——然后微生物又进入休眠状态。每次下雨，它们都会经历一个活动周期。”
{{ edit_9 }}为了研究生物外壳，研究人员从位于犹他州摩阿布附近的科罗拉多高原的三个未受干扰的蓝藻主导的生物外壳中采集了样本。生物结壳样本是在降雨后采集的，降雨使土壤湿润到足以激活微生物。这些样品随后被干燥并储存在黑暗中，然后在研究的很长一段时间后重新湿润。
{{ edit_10 }}特雷克斯勒说:“我们在所谓的‘寒冷沙漠’取样，因为那里非常干旱，但在冬天，有时会下雪。”“所以，它不像许多其他干旱地区那么热，但由于没有足够的水，那里的植物仍然无法茁壮成长。因此，我们在现场土壤中发现的唯一群落是微生物。”
{{ edit_11 }}为了确定哪些微生物在土壤群落中是活跃的，研究人员将生物正交非规范氨基酸标记(boncat)与荧光激活的细胞分选相结合。BonCAT是一种强大的工具，可以在群落和整个生物体的单细胞水平上跟踪蛋白质合成，而荧光激活的细胞分选则根据细胞是否产生新的蛋白质来对细胞进行分类。
{{ edit_12 }}研究人员将这些过程与散弹枪宏基因组测序相结合，使他们能够对生物外壳样本中存在的所有生物体的所有基因进行全面采样。他们应用这种方法来分析在模拟降雨事件复苏后生物结壳群落中活性和非活性微生物的多样性和潜在功能。研究人员发现，他们的新方法可以在湿润的生物外壳中识别活跃和不活跃的微生物。
{{ edit_13 }}研究人员报告说，在湿润事件发生后4小时和21小时，生物结壳群落的活跃和不活跃成分在物种丰富度和组成上存在差异。
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