捍衛(wèi)地球陸地微生物組

Defending Earth’s terrestrial microbiome

Perspective，2022-10-3，Nature Microbiology， [IF 30.96] 

DOI：10.1038/s41564-022-01228-3

原文鏈接：https://www./articles/s41564-022-01228-3

第一/通訊作者：Colin Averill

主要單位：Department of Environmental Systems Science, ETH Zürich, Zurich, Switzerland

微生物是地球生物多樣性的主要組成部分。從醫(yī)學(xué)到林業(yè)不同學(xué)科，科學(xué)家們不斷發(fā)現(xiàn)微生物組如何驅(qū)動植物、動物和整個生態(tài)系統(tǒng)的基本宏觀過程。然而，人們逐漸認(rèn)識到地球微生物生物多樣性正受到威脅。在這里，我們提倡保護(hù)和恢復(fù)土壤微生物，并主動將微生物生物多樣性納入受管理的糧食和森林景觀，特別是土壤真菌。我們分析了80個實驗，表明在整個生態(tài)系統(tǒng)中，原生土壤微生物組的恢復(fù)可以使植物生物量產(chǎn)量平均提高64%。由于農(nóng)業(yè)和林業(yè)是地球上土地的主要用途，經(jīng)過管理的景觀也存在著巨大的潛力。除了提高和穩(wěn)定產(chǎn)量外，加強(qiáng)受管理的景觀微生物生物多樣性能夠建立地球微生物生命庫，這是是一個關(guān)鍵而未被重視的機(jī)會。隨著設(shè)計生態(tài)系統(tǒng)微生物組市場的出現(xiàn)，我們可以避免地面生態(tài)系統(tǒng)管理的錯誤，并避免單一高效微生物的單菌株培養(yǎng)，這可能會加劇生態(tài)系統(tǒng)對病原體和極端事件的脆弱性。利用地球上廣泛的微生物組有可能改變生態(tài)系統(tǒng)管理，但這需要我們了解如何監(jiān)測和保護(hù)地球上的微生物組。

地球生物多樣性包括500萬至770萬種獨特的動物、50萬種植物、600-800萬種陸地真菌和多達(dá)1萬億種的原核生物。地球微生物組（原核和真核微生物組的全部）代表了地球生物多樣性的大部分。微生物是地球上最早的生物，也可能是最后的生物。微生物調(diào)節(jié)著主要的生物地球化學(xué)循環(huán)，在某種程度上，微生物的生物地球化學(xué)活動的特征支持地外生命的發(fā)現(xiàn)。通過調(diào)節(jié)全球營養(yǎng)循環(huán)、溫室氣體交換以及疾病傳播和保護(hù)，地球微生物組為我們的星球提供了一個必不可少的生命維持系統(tǒng)。一個正常運轉(zhuǎn)的地球沒有正常運轉(zhuǎn)的微生物組幾乎是不可想象的。

然而，就像所有其他生命領(lǐng)域一樣，越來越多的證據(jù)表明，地球微生物群正受到威脅。早期的指示物來自土壤真菌，它們既是微生物又是宏觀生物，具有雙重生命。一個世紀(jì)的監(jiān)測顯示，整個歐洲形成蘑菇的菌根真菌數(shù)量顯著下降了45%，這可能是由于土地非農(nóng)化和嚴(yán)重的氮污染所致。在世界各地關(guān)于真菌物種滅絕的坊間報道越來越普遍，但需要進(jìn)行額外和反復(fù)的監(jiān)測工作。其中一個例子就是挪威森林的過度采伐與主要木材腐爛真菌的滅絕之間的聯(lián)系。此外，微生物可以進(jìn)化出與它們的植物宿主相互作用的極其專門的共生網(wǎng)絡(luò)，隨著它們的宿主面臨日益增加的數(shù)量下降，它們正受到加速共滅絕的威脅。除了對生態(tài)系統(tǒng)健康和功能產(chǎn)生直接影響外，這些微生物的滅絕還通過它們在疾病傳播和保護(hù)、糧食安全和調(diào)節(jié)全球氣候方面的作用直接威脅到人類福祉。

微生物組幾乎對環(huán)境變化的各方面都很敏感，最近的研究表明，雖然全球變化可以增加當(dāng)?shù)匚⑸锶郝涞呢S富度，但它最終將使這一生物多樣性同質(zhì)化，導(dǎo)致全球規(guī)模γ多樣性（地球上微生物物種的總數(shù)）下降。由于人類活動的壓力使當(dāng)?shù)氐纳锒鄻有酝|(zhì)化，我們失去了景觀層面的β多樣性（在不同地理位置的生物體微生物學(xué)和功能截然不同）。土壤微生物多樣性的全球同質(zhì)化影響著微生物的主要分類和功能類群。鑒于微生物對整個生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和功能的突出貢獻(xiàn)，這些微生物均質(zhì)化和滅絕的新模式表明，地球第六次大滅絕事件的規(guī)模和后果可能比先前預(yù)期的要高幾個數(shù)量級。如果地球上宏觀生物多樣性的水平可以作為一個警告，我們需要考慮微生物滅絕事件可能、將會和已經(jīng)發(fā)生的可能性。

這里我們從微生物多樣性正受到威脅這一基礎(chǔ)出發(fā)，無論是生物多樣性同質(zhì)化還是全球物種滅絕，而這種微生物多樣性對人類的生存至關(guān)重要。在此基礎(chǔ)上，我們討論了（1）保護(hù)、（2）恢復(fù)和（3）管理微生物多樣性以提高生態(tài)系統(tǒng)功能和可持續(xù)性的最新進(jìn)展和未來途徑（圖1）。首先，我們討論了對現(xiàn)有陸地微生物組，特別是土壤真菌組進(jìn)行量化和繪制的必要性，以便我們能夠確定最緊迫的威脅和知識缺口，以有效促進(jìn)微生物多樣性保護(hù)。其次，我們探索目前恢復(fù)自然系統(tǒng)中微生物多樣性的機(jī)會，這同樣可以促進(jìn)宏觀生物多樣性的恢復(fù)。最后，我們確定了新的研究途徑，這些途徑正開始揭示土地管理如何成為促進(jìn)微生物多樣性的重要而未得到充分重視的途徑。雖然我們不是第一個呼吁微生物保護(hù)的人，但我們在這里強(qiáng)調(diào)在生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和管理景觀多樣化中納入微生物多樣性的更廣泛機(jī)遇。

圖1 保護(hù)微生物的三種策略。

我們建議采取三項行動來保護(hù)、恢復(fù)和管理陸地微生物多樣性。首先，“保護(hù)”指的是需要在完整的生態(tài)系統(tǒng)中保護(hù)現(xiàn)有的微生物多樣性，這包括記錄和繪制微生物組數(shù)據(jù)。第二，“恢復(fù)”涉及將微生物多樣性納入生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)實踐。最后，“管理”提出，被管理的生態(tài)系統(tǒng)可以充當(dāng)微生物多樣性的生命庫。

在過去的十年中，DNA測序技術(shù)的廣泛應(yīng)用使我們獲得了第一個全球微生物多樣性清單，確定了熱點以及微觀和宏觀生物地理之間的不匹配。在監(jiān)測和保護(hù)陸地微生物組的分子基礎(chǔ)調(diào)查中，我們建議至少遵循三個關(guān)鍵原則。首先，我們必須不斷努力擴(kuò)大數(shù)據(jù)集的空間和地理覆蓋范圍，以減少不確定性，特別是在生物多樣性受干擾較少的地區(qū)，這些地區(qū)將成為重要的保護(hù)和恢復(fù)目標(biāo)和基線。在可能的情況下，研究人員應(yīng)該使用更長的擴(kuò)增子或宏基因組測序方法，可以將微生物類群分解到物種和菌株水平。在可能進(jìn)行后續(xù)工作和可能納入合成菌群的情況下，也可以優(yōu)先培養(yǎng)。其次，在可能的情況下調(diào)查需要不斷重復(fù)，以了解哪里的生物多樣性下降最快。在設(shè)計時間調(diào)查時，尤其需要利用現(xiàn)有的知識來捕捉變化速度可能最快、最令人擔(dān)憂的關(guān)鍵時刻，也就是說，在變化更快的時期進(jìn)行更頻繁的采樣。這對確定有限的保護(hù)資源的優(yōu)先次序至關(guān)重要。第三，也許也是最緊迫的，我們必須努力以完全開放和透明的方式廣泛分享這些信息。

最終，對微生物多樣性的大規(guī)模時間監(jiān)測對于了解威脅和確定保護(hù)地球上微生物多樣性的策略都至關(guān)重要。然而，這種對地球陸地微生物組的全球重復(fù)調(diào)查具有獨特的邏輯性挑戰(zhàn)。我們無法從衛(wèi)星、飛機(jī)或船只上提取這些信息。我們必須采取一種分散的、去中心化的方法，把世界各地的科學(xué)家和社區(qū)聯(lián)系起來。已經(jīng)有研究在進(jìn)行，要么進(jìn)行大規(guī)模采樣，要么綜合現(xiàn)有數(shù)據(jù)。非洲微生物組倡議、澳大利亞微生物組倡議、中國土壤微生物組倡議、SoilBON和歐洲LUCAS土壤調(diào)查已經(jīng)開展了第一次大陸規(guī)模的高空間分辨率采樣工作。美國國家生態(tài)觀測網(wǎng)在其40個大陸監(jiān)測點進(jìn)行高時間頻率采樣工作。諸如全球真菌、地下網(wǎng)絡(luò)保護(hù)協(xié)會和地球微生物組項目等綜合工作已經(jīng)開始從這些工作中收集數(shù)據(jù)，并從專注于地方尺度的初級文獻(xiàn)中提取大量可用數(shù)據(jù)。然而，盡管數(shù)據(jù)的可用性正在爆炸式增長，但我們對地球微生物組的全球圖景仍存在明顯和持久的采樣差距。

通過在這樣大規(guī)模的數(shù)據(jù)庫中合成數(shù)據(jù)，就而言，我們可以大致估算地球上微生物監(jiān)測數(shù)據(jù)具有良好代表的區(qū)域。如此，我們也確定了需要一致關(guān)注的區(qū)域，如果我們要代表微生物的全部多樣性。為了評估這一點，我們使用統(tǒng)計方法從全球真菌數(shù)據(jù)庫（補(bǔ)充方法）中獲取約10,000個觀察結(jié)果，以確定全球土壤真菌微生物組的采樣不足區(qū)域，如圖2所示。我們關(guān)注真菌，因為全球真菌數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)合成方面處于領(lǐng)先地位，代表了迄今為止最大的真菌微生物組多樣性匯編。利用這些數(shù)據(jù)，我們詢問地球上哪些環(huán)境條件采樣不足（例如，氣候和土壤因素的組合從未采樣過的地方；圖2a），以及在絕對地理距離上，哪些區(qū)域距離我們當(dāng)前的采樣最遠(yuǎn)（圖2b）。通過平均這兩張采樣不足的圖片，我們可以開始可視化哪里最需要采樣（圖2c）。雖然覆蓋范圍很廣，但在加拿大和俄羅斯、亞馬遜、東南亞和整個非洲大陸的高緯度地區(qū)有明顯和持久的差距。雖然這種分析僅限于土壤真菌，但針對其他微生物群體的數(shù)據(jù)庫通常不太完善。

圖2 土壤真菌微生物組的采樣優(yōu)先級圖。

較淺的顏色表示更緊急的區(qū)域。a，基于現(xiàn)有觀測尚未捕捉到的環(huán)境條件的采樣優(yōu)先級。b，基于與現(xiàn)有觀測點的絕對地理距離的采樣優(yōu)先級。c，兩個采樣優(yōu)先級映射的平均值。綠點表示全球真菌數(shù)據(jù)庫(版本3)中現(xiàn)有土壤樣本的位置。

最終，我們?nèi)匀恍枰~外的數(shù)據(jù)合成領(lǐng)導(dǎo)——促進(jìn)數(shù)據(jù)生成、分析和分發(fā)的組織，與生活和工作在采樣優(yōu)先熱點地區(qū)的科學(xué)家合作，投資生成新數(shù)據(jù)。這些努力可能遵循國家和國際植物清查數(shù)據(jù)集（例如，國家森林清查數(shù)據(jù)集）的方法，其中許多數(shù)據(jù)集代表公共資源，改變了我們對地上植被動態(tài)的理解。有了關(guān)鍵的微生物多樣性指標(biāo)和威脅，保護(hù)組織可以識別對積極保護(hù)至關(guān)重要的多樣性熱點。有研究表示，迫切需要將這些微生物信息納入國家和國際保護(hù)框架，不僅是為了保護(hù)地球上生命的多樣性，也是為了維持個別特有物種提供的關(guān)鍵功能。作為具體行動，我們建議優(yōu)先處理以下事項。

（1）擴(kuò)大國際自然保護(hù)聯(lián)盟（IUCN）的紅色名錄。這是需要緊急保護(hù)的物種名單，在可能的情況下包括更廣泛的受威脅微生物物種或群落，同時認(rèn)識到固有的挑戰(zhàn)將意味著該名錄不能全面，因為區(qū)分本地物種和入侵物種的歷史數(shù)據(jù)有限。

（2）將微生物多樣性納入保護(hù)規(guī)劃。

（3）鼓勵支持微生物多樣性的土地管理做法。例如，保留林業(yè)，即在森林采伐期間保留大樹的做法，可以“挽救”真菌生物多樣性的關(guān)鍵方面；覆蓋種植，確保作物在非生產(chǎn)輪作期間種植在農(nóng)田上，免耕農(nóng)業(yè)的采用可以對土壤微生物多樣性產(chǎn)生重大影響。

（4）至少有一個時期和地點共享關(guān)鍵元數(shù)據(jù)。盡管生態(tài)保護(hù)在保護(hù)全球陸地微生物組方面具有重要意義，但全球景觀的極端退化正在加速：目前的趨勢表明，到2050年，90%以上的地球土壤將遭受嚴(yán)重侵蝕。這意味著，自然和輔助微生物恢復(fù)可能對恢復(fù)全球陸地生態(tài)系統(tǒng)的功能能力至關(guān)重要。事實上，個體微生物的小體積和快速周轉(zhuǎn)率可以使微生物接種劑的快速生產(chǎn)成為可能。因此，微生物恢復(fù)可能為加快全球生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)和生物多樣性恢復(fù)的速度提供一個可擴(kuò)展的、以前未得到充分重視的途徑。

我們看到全球?qū)ι鷳B(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的興趣日益高漲。聯(lián)合國已宣布本十年為“聯(lián)合國生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)十年”。世界經(jīng)濟(jì)論壇的1t.org項目旨在到2030年保護(hù)和恢復(fù)1萬億棵樹，以重建生物多樣性生命庫和應(yīng)對氣候變化。諸如“30 by 30”這樣的倡議正在激勵世界各國政府留出30%的土地表面進(jìn)行保護(hù)和恢復(fù)。生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)如果以對生態(tài)和社會負(fù)責(zé)的方式進(jìn)行，并與保護(hù)相結(jié)合，是保護(hù)全球生物多樣性的一個關(guān)鍵組成部分。在許多情況下，這只涉及保護(hù)退化的土地，允許生態(tài)系統(tǒng)的自然更新，而在某些情況下，這還可能涉及引入當(dāng)?shù)刂脖?，同時促進(jìn)當(dāng)?shù)厝嗣窠?jīng)濟(jì)的可持續(xù)性。如果不適當(dāng)考慮生態(tài)環(huán)境，大規(guī)模修復(fù)工程可能會失敗。然而，當(dāng)我們恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)時，例如通過植樹，我們很少想到要“種植”相關(guān)的微生物群落。越來越多的證據(jù)表明，通過移植整個微生物組來恢復(fù)活性微生物可以提高世界各地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)工作的速度、復(fù)原力和總體成功率。

土壤移植（將土壤和相關(guān)的微生物群落從一個地方移動到另一個地方）是一種低技術(shù)含量的方法，可以將存活在附近保護(hù)區(qū)的完整微生物群落引入。一項新研究表明，土壤微生物組的恢復(fù)可以促進(jìn)更多樣化、更穩(wěn)定和功能更健全的生態(tài)系統(tǒng)的創(chuàng)建。開創(chuàng)性的土壤移植工作已經(jīng)證明，當(dāng)接種了來自完好草原遺跡的土壤微生物群落后，美國中西部恢復(fù)草原的本地植物生長得更旺盛，更易存活。愛沙尼亞引入來自當(dāng)?shù)赝寥赖膮仓婢铀倭艘郧柏汃さ牟傻V后景觀中物種豐富的植被再生。夏威夷的真菌再引進(jìn)工作促進(jìn)了當(dāng)?shù)刂参锏幕謴?fù)和抗病能力。最近在高緯度草地上進(jìn)行的恢復(fù)工作，只有在播種時也引入來自這些本地系統(tǒng)的土壤，才能實現(xiàn)與本地系統(tǒng)類似的地上植物多樣性。在芬蘭，40%的多孔真菌物種被列入紅色名錄，利用接種的腐爛原木重新引入受威脅物種有效地促進(jìn)了菌絲和蘑菇的生長。所有這些例子都表明，活躍的微生物群落恢復(fù)對于整個生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)是多么重要。

為了更定量地驗證這一假設(shè)，我們進(jìn)行了文獻(xiàn)綜合，確定了量化植物生物量對接種“野生微生物群”的反應(yīng)的研究，或使用參考生態(tài)系統(tǒng)的活土壤，或從這些生態(tài)系統(tǒng)中提取的活孢子(27項研究中N = 81)。在所有的研究中，平均64%的植物生長受到強(qiáng)烈的正向的刺激，刺激效果高達(dá)700%(圖3，對日志響應(yīng)的分析，詳情見補(bǔ)充方法)。帶有野生微生物的植物通常比沒有野生微生物的植物生長得更好。重要的是，過去的研究表明，天然土壤微生物組移植的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了與商業(yè)化土壤微生物混合物相關(guān)的效果。與此同時，必須強(qiáng)調(diào)，這些方法并非普遍成功，因為生態(tài)環(huán)境可能決定任何區(qū)域成功的可能性。此外，土壤移栽往往不能引入對生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要的葉際微生物組的關(guān)鍵成員，以及大塊土壤中所缺少的根際微生物組。未來的工作可能會揭示這些方法何時何地最有效，以及將積極結(jié)果的可能性最大化的新技術(shù)。

圖3 植物生物量對照土壤生物接種的響應(yīng)(N = 81)。

實心圓圈表示顯著陽性反應(yīng)，而空心圓圈表示不顯著或陰性反應(yīng)。粉紅色的圓圈和相關(guān)的誤差棒表示總體的分析平均值，接種后植物生物量增加了約64%。點的大小與研究方差的倒數(shù)相關(guān)，在我們的統(tǒng)計分析中，更大的圓圈反映出更大的信心和相關(guān)的權(quán)重。上面的面板是觀察結(jié)果的直方圖，報告每個觀察到的效應(yīng)大小。關(guān)于如何執(zhí)行該分析的更多細(xì)節(jié)可以在補(bǔ)充方法中找到。

雖然到目前為止報告的效果對植物再生有顯著影響，但考慮到土壤微生物在控制地上植物生長方面的基本作用，這些影響可能并不令人驚訝。例如，地球上的大多數(shù)植物都與菌根真菌形成一種必不可少的共生關(guān)系。這些真菌在植物的耐旱性、病原保護(hù)和營養(yǎng)獲取中被反復(fù)提及。然而，這些真菌群落也對施肥和土壤破壞特別敏感，這在農(nóng)業(yè)和采礦中很常見。積極的土壤移植可以使這些真菌克服傳播或建立的限制，對其他土壤生物可能也是如此，特別是在已被證明對自然再生具有抵抗力的地區(qū)。大量的研究表明植物對接種菌根的陽性反應(yīng)，綜合分析表明，當(dāng)土壤群落越復(fù)雜時，植物對接種的反應(yīng)越積極。特別是松林，如果關(guān)鍵的外生菌根共生體不存在，就根本無法建立。雖然菌根真菌是一個很好的例子，但原則上這些現(xiàn)象可能延伸到整個微生物組，包括所有真菌、細(xì)菌、病毒、土壤動物及其各自的相互作用。綜上所述，這些工作表明，修復(fù)工作必須朝著涵蓋微生物生態(tài)系統(tǒng)的方向發(fā)展。

雖然土壤移植工作非常有前景，但認(rèn)識到潛在的挑戰(zhàn)和風(fēng)險也很重要。例如，目前還不清楚土壤移植能擴(kuò)大到什么程度，而不會對“供體”站點造成不可彌補(bǔ)的傷害，因為供體系統(tǒng)中的土壤數(shù)量是有限的，而大規(guī)模挖掘?qū)⑵茐奈⑸锏臈⒌亍?/strong>在不進(jìn)行破壞性土壤挖掘的情況下，開發(fā)引入野生微生物群落的方法將是非常有價值的。

生態(tài)操縱的歷史充斥著意想不到的后果。在這些方法被廣泛推廣之前，微生物學(xué)家需要使用現(xiàn)代分子調(diào)查仔細(xì)記錄這些移植的效果，以確保我們不會制造比我們解決的問題更多的問題。

受管理的景觀，包括糧食和林業(yè)農(nóng)業(yè)，主導(dǎo)著陸地生態(tài)系統(tǒng)，目前覆蓋了全球約50%的可居住陸地表面。通過采用大規(guī)模單一栽培，大量使用合成化肥和殺蟲劑，通過選擇性育種、克隆和基因修飾來限制基因庫，人類顯著提高了全球農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和效率。然而，隨著這些生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到前所未有的規(guī)模，還原主義的生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計方法的局限性正變得越來越明顯：生態(tài)和遺傳多樣性極低的系統(tǒng)更容易受到極端氣候事件的影響。這令人擔(dān)憂，因為面對全球氣候變化，這些事件正變得越來越頻繁。單一栽培系統(tǒng)同樣更容易受到病原體和害蟲的影響，因此需要定期大量使用農(nóng)藥以保持生存。在某些情況下，這已經(jīng)導(dǎo)致整個作物品種處于危險之中（例如，拉丁美洲的咖啡和愛爾蘭馬鈴薯饑荒中的馬鈴薯）或者完全從糧食系統(tǒng)中消失（例如大米歇爾香蕉）。

生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的關(guān)系是生態(tài)學(xué)中一些最可復(fù)制的模式。因此，越來越多的人在努力增加我們管理的景觀的地上宏觀生物多樣性。盡管從地上生態(tài)系統(tǒng)中得到了這些教訓(xùn)，但在微觀尺度上重復(fù)宏觀生物農(nóng)業(yè)錯誤的危險越來越大，這對本土微生物類群造成了惡果。例如，考慮到微生物接種在促進(jìn)植物生產(chǎn)力方面的潛力，微生物接種公司提倡大規(guī)模應(yīng)用單一物種或非常低多樣性的非本地微生物群落的情況呈爆炸式增長。最近，一家初創(chuàng)公司宣布了在100多萬公頃農(nóng)業(yè)土地上主要接種一種單一種類的叢枝菌根真菌的雄心。雖然一些微生物存在于許多生態(tài)系統(tǒng)中，但大量應(yīng)用單一物種的可能導(dǎo)致遺傳和生態(tài)多樣性的喪失，而且不太可能滿足生態(tài)系統(tǒng)的特定要求，例如土壤過程的類型和速率。農(nóng)業(yè)中低多樣性微生物接種解決方案的泛濫并不是一種全面的生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計方法。“有效微生物”計劃始于40多年前的日本，建立了當(dāng)?shù)氐募?xì)菌和酵母的生物多樣性聯(lián)盟，在大多數(shù)情況下，它們已被證明可以提高作物產(chǎn)量。從本質(zhì)上說，微生物功能基團(tuán)的特殊組合來自當(dāng)?shù)丨h(huán)境，在共培養(yǎng)中生長，然后作為溶液直接應(yīng)用于植物或土壤。這項工作已在多種環(huán)境中重復(fù)進(jìn)行，使用當(dāng)?shù)貋碓吹奈⑸锶郝鋪硖岣咿r(nóng)業(yè)產(chǎn)出。最終，我們應(yīng)該朝著能夠利用當(dāng)?shù)貋碓吹?、本地的和生物多樣性的土壤有機(jī)體群落來取得成果的方法邁進(jìn)。

這些方法是可行的，而且可能比簡化法更有潛力。越來越多的證據(jù)表明，微生物能夠在當(dāng)?shù)剡m應(yīng)特定的環(huán)境條件，這意味著本地的、來自當(dāng)?shù)氐娜郝淇赡軆?yōu)于引進(jìn)的、外來的群落。操控性實驗和元分析已經(jīng)證明，微生物組的多樣性和網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性可以增強(qiáng)多種生態(tài)系統(tǒng)功能，從根本上產(chǎn)生更穩(wěn)定和生產(chǎn)力更高的生態(tài)系統(tǒng)。這些發(fā)現(xiàn)表明，在管理的生態(tài)系統(tǒng)中融入原生微生物的多樣性和復(fù)雜性可能會帶來更高的產(chǎn)量，同時也允許這些系統(tǒng)保持顯著的微生物多樣性的生命庫。但如何才能實現(xiàn)這一點呢?在這里，我們提出了三項行動，我們相信，如果采取這些行動，將從根本上改變世界對微生物生物多樣性的重視和應(yīng)用方式，特別是對管理的生態(tài)系統(tǒng)。

（1）確定健康土壤微生物群。在地球的不同地區(qū)，一個“野生的”完整的微生物群落是什么樣子的?哪些微生物群落是“高效的”，為管理的景觀產(chǎn)生積極的結(jié)果，如碳捕獲、侵蝕控制或植物營養(yǎng)?這些“野生”和“高效”微生物群落何時何地重疊最多?哪些農(nóng)業(yè)實踐可以支持這些群落?回答這些問題將有助于發(fā)展農(nóng)業(yè)微生物組管理，為農(nóng)民和林業(yè)人員以及真菌和細(xì)菌創(chuàng)造積極的結(jié)果。我們強(qiáng)調(diào)，某些微生物類群的廣泛引入和入侵使完整微生物群落的定義復(fù)雜化，在可能的情況下，應(yīng)努力區(qū)分本地和引進(jìn)的類群。

（2）與所有利益相關(guān)方溝通潛在結(jié)果。我們的微生物區(qū)系已經(jīng)證明，微生物組的操縱可以為生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)健康創(chuàng)造積極的結(jié)果，著名的例子來自恢復(fù)生態(tài)學(xué)和林業(yè)菌根。在許多方面，我們已經(jīng)知道，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進(jìn)行微生物組管理是可能的，而且是非常有益的。然而，這項工作有時被認(rèn)為過于復(fù)雜，但更多情況下，農(nóng)民、護(hù)林人員和恢復(fù)從業(yè)人員根本不知道。我們必須明確，這些微生物組干預(yù)措施：（1）已經(jīng)可以使用低技術(shù)的方法，如土壤移栽，（2）可以幫助擺脫化肥的密集使用，（3）可以與簡化單個微生物物種或菌株的復(fù)雜應(yīng)用一樣或更有效。這些信息可以加速在我們管理的景觀中重建微生物多樣性的嘗試。當(dāng)然，采用新實踐方法會有變化，因此我們必須確定早期采用者，以大規(guī)模地演示這些方法。此外，這項工作必須與能夠監(jiān)測源和匯環(huán)境的科學(xué)組織合作進(jìn)行，以確保負(fù)責(zé)任地進(jìn)行微生物組管理。最后，這些努力將受益于更多關(guān)于如何在土壤移植之外擴(kuò)大引入原生微生物群落的研究，以使土地管理者在景觀尺度上可行地重新培養(yǎng)野生微生物。

（3）擴(kuò)大科學(xué)規(guī)模。學(xué)術(shù)界在挑戰(zhàn)舊范式和發(fā)現(xiàn)理解世界的根本新方法方面是出類拔萃的。然而，大多數(shù)學(xué)術(shù)項目不能夠，也不為建立能夠大規(guī)模實施新發(fā)現(xiàn)的大規(guī)模合作努力而設(shè)計。我們提出的許多想法（建立一個改變農(nóng)業(yè)實踐的全球監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)）遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了任何單個學(xué)術(shù)實驗室的能力。在這方面，我們必須與現(xiàn)有的非政府組織和公司建立合作關(guān)系，或建立全新的合作關(guān)系。這就是我們的項目官員必須考慮支持轉(zhuǎn)化科學(xué)的新模式的地方。重要的是，這些必須是科學(xué)第一的舉措，隨著科學(xué)界繼續(xù)發(fā)現(xiàn)地球微生物組如何運作，這些舉措必須開放地接受變化和適應(yīng)。

世界正處在一個可怕的懸崖邊上。隨著我們進(jìn)入第六次物種大滅絕事件，地球生物多樣性中最脆弱的部分可能是我們看不到的。微生物代表著地球上關(guān)鍵的基本生命維持機(jī)制。當(dāng)我們破壞這種生物多樣性時，我們就關(guān)閉了支持我們受管理的食物和森林景觀的新方法的大門。更深刻的是，我們失去了數(shù)十億年的進(jìn)化洞察力?，F(xiàn)在需要采取行動來保護(hù)地球微生物組。我們需要全球測繪和監(jiān)測，重點關(guān)注長期采樣不足的地區(qū)，以指導(dǎo)保護(hù)工作并將其列為優(yōu)先事項。有了這些信息，我們需要將微生物多樣性整合到我們的生物多樣性保護(hù)和恢復(fù)的概念和實踐中。最后，我們必須找到在我們管理的農(nóng)業(yè)和林業(yè)景觀中建立微生物多樣性的方法。管理景觀覆蓋了地球上植被面積的最大比例，為提高生物多樣性同時提高產(chǎn)量提供了獨特的機(jī)會。利用這一機(jī)遇至關(guān)重要，因為我們面臨養(yǎng)活一個不斷增長的人口，同時保護(hù)和促進(jìn)地球賴以生存的生物多樣性。通過現(xiàn)在采取這些行動，我們可能會減緩地球上看不見的大多數(shù)生物的滅絕。