大多数人对微生物的印象多停留在“致病”或“有益健康”层面，但研究人员指出，微生物对自然环境的影响同样关键，它们参与调节森林、海洋与草原等生态系统的健康状况，并影响生态系统面对环境变化时的应对能力。

研究聚焦“边缘效应”成因

长期以来，科学界注意到森林边缘树木上的真菌及其他微生物群落与森林内部存在差异，这一现象被称为“边缘效应”。以往观点普遍认为，温度、光照、风力等环境条件在边缘与内部的差别，是造成微生物群落不同的重要原因。

不过，由于多数森林由多种树种构成，微生物差异究竟源于宿主树种差异，还是由边缘与内部的环境变化驱动，一直难以明确区分。

威廉与玛丽学院应用科学助理教授Geoffrey Zahn为解决这一问题，选择研究一个具有特殊结构的森林系统。相关成果近日发表于《真菌生态学》杂志。

以“潘多”提供更清晰的对照条件

Zahn是TIDAL实验室（微生物多样性、组装与联系的转化洞察实验室）首席研究员。该实验室关注微生物群落如何形成、如何响应环境变化，以及这些变化对生态系统的意义。Zahn表示，团队研究范围覆盖多类生态系统，工作内容包括追踪跨大陆微生物迁移、为保护工作设计益生菌微生物组，以及描述和鉴定具有独特生态功能的新物种。

在最新项目中，研究团队将目光投向犹他州Fishlake国家森林的“潘多”。该区域表面上是一片覆盖106英亩的白杨林，但实际上由超过4万个基因完全相同的克隆白杨枝条组成，并通过庞大的根系相互连接。

研究人员指出，这一“单一遗传背景”的森林结构，为识别微生物差异的驱动因素提供了罕见条件：在潘多范围内观察到的群落变化，更可能归因于风、阳光、空气中孢子暴露等环境因素，而非宿主遗传差异。

研究称微生物“边缘效应”独立于宿主存在

研究结果被认为为“边缘效应”在微生物层面的存在提供了有力证据。Zahn表示，团队利用DNA条形码技术构建了潘多范围内真菌微生物组模型，结果显示微生物的边缘效应不仅存在，而且可独立于宿主出现。

研究还显示，森林边缘的环境条件会影响真菌物种的到达与存活，反映出微生物生态系统对周边物理变化具有较高敏感性。

此外，Zahn提到，风带来的环境输入在小型或破碎的森林斑块中，对微生物组组装的影响更为明显。他表示，随着森林砍伐增加、景观斑块化加剧，微生物组的变异性可能上升，从而可能降低植物的韧性。

实验室研究与跨学科合作推进

Zahn表示，尽管多所大学提供博士项目机会，但威廉与玛丽学院将STEM优势与博雅教育结合的特点吸引了他。他称，计算机、数据科学与物理学院对综合科学的重视与其研究需求契合，同时学校强调博雅教育，有助于吸引具备跨学科兴趣的学生。

他介绍，实验室使用人工智能方法预测高维微生物组动态，以支持保护与修复工作。为推动研究成果转化为实际干预措施，团队需要政策、数据科学、公众传播与实践等多方面支持。

为寻找本地合作伙伴，Zahn参与了威廉与玛丽的AI4Environment计划，并与综合保护研究所合作。他表示，科研产出与将研究转化为保护实践的路径并不相同，而学校对跨学科合作的支持有助于推动应用研究落地。

后续研究与教学计划

在实验室仍处于ISC4建设阶段的同时，Zahn已与威廉与玛丽巴滕海岸与海洋科学学院及弗吉尼亚海洋科学研究所的教师合作，提交两项聚焦海岸修复与微生物组工程的资助申请，并与全球多所大学开展合作。

教学方面，Zahn目前教授“科学超级计算”课程，介绍如何利用学校研究计算基础设施处理大规模问题；他还计划开设高级统计与数据可视化课程，帮助学生将复杂数据转化为更清晰的表达。

Zahn表示，他看好威廉与玛丽本科生的跨学科潜力，并提到自己曾从文学转向生物学的经历，认为广泛的学术兴趣与跨学科训练有助于学生在快速变化的社会中发挥作用。