近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院李哲研究员团队围绕淡水微生态系统结构与碳循环功能的关系取得系列进展。相关成果分别发表于《npj Biodiversity》和《ISME Communications》。

淡水微生物驱动有机碳转化和温室气体产汇。以往研究多依据物种多样性、功能基因丰度或功能冗余判断生态功能，却难以解释组成相似的群落为何具有不同的过程速率和稳定性。团队以甲烷氧化等碳循环过程为案例，研究种间连接方式及功能相近物种对环境变化的响应差异。

通过整合全球淡水微生物数据，团队发现好氧甲烷氧化的温度敏感性与甲烷氧化菌的分类多样性并不一致，其关联子网络的连通程度及正向非营养互作更能解释区域差异。紧密的代谢协作网络可能放大温度变化对碳转化过程的影响，疏松或模块化的网络则可能形成缓冲。

团队结合宏基因组和宏转录组数据，提出“效应性状—响应性状”双层框架及功能保险指数。研究显示，功能冗余并不等同于功能稳定。部分工程水系统虽具有较高的功能基因冗余，但功能相近物种趋于同步响应扰动，形成“表面稳定、实际脆弱”的结构；自然水体具有更高的响应多样性和异步补偿能力，能够维持较稳定的碳代谢输出。功能保险指数比单一的多样性或冗余指标更好地关联了二氧化碳、甲烷浓度及溶解性有机质组成的稳定性。

本研究特色在于跨越全球地理格局与流域自然-工程梯度，将群落组成、种间互作、环境响应与代谢结果贯通起来，推动微生态研究由静态“物种-基因清单”转向动态“互作-响应-功能”关系解析。该框架可识别升温、污染输入和工程调控下淡水系统碳转化过程的放大、缓冲与失稳，解释淡水系统甲烷产生、氧化和释放之间的非线性关系，为碳排放监测、生态风险预警及甲烷产汇预测提供科学依据。

两篇论文均由汤琼博士担任第一作者。相关工作得到国家重点研发计划（2022YFC3203504）、国家自然科学基金（U2340222, 52470202）及中国科学院“全球共性挑战”专项（309GJHZ2024110GC）等支持。

论文信息

[1] Qiong Tang, Lunhui Lu, Yan Xiao, Dianchang Wang, Zhe Li^*. Microbial interaction networks as climate thermometers: redefining temperature sensitivity of aerobic methanotrophy in freshwater ecosystems, npj Biodiversity, 2026, 5:8. DOI：10.1038/s44185-026-00120-1.

[2] Qiong Tang, Zhe Li^*, Lunhui Lu. The illusion of functional stability: functional redundancy does not equal functional insurance in a natural-engineered aquatic continuum, ISME Communications, 2026. DOI：10.1093/ismeco/ycag229.