通过全面的eDNA宏条形码技术，揭示了季节变化和防污措施对生物污损群落中微生物与后生动物相互作用的影响

《Marine Pollution Bulletin》：Seasonal and antifoulant effects on microbial–metazoan interactions in biofouling communities revealed by comprehensive eDNA metabarcoding

　　本研究在Jangmok湾部署未处理和抗污涂层板，通过元标记技术分析细菌与宏观生物的相互作用。结果表明，抗污剂影响细菌和宏观生物附着，但污垢形成具有物种特异性，铜耐受细菌占主导，假单胞菌代谢途径丰富，导致非原生种如绿综合征藻竞争性增加。研究指出抗污措施可能改变优势物种，需开发更有效涂层，并证实元标记在监测生物污垢和耐药性物种中的应用。

　　在海洋环境中，生物污损（biofouling）是指各种生物在浸没或潮湿的表面上附着、生长并形成生物膜的现象。这种现象不仅发生在船舶的船体上，还可能出现在海洋结构、海洋生物外壳等各类水下表面。生物污损的积累会对生态环境和人类活动产生多方面的影响，比如增加船舶阻力、提高燃油消耗、降低航行速度和航程，同时也可能影响海洋生物的生存和繁衍。因此，开发有效的防污技术与防污剂成为科研和工业界的重要课题。

本研究关注的是生物污损过程中微生物群落与大型生物之间的相互作用，特别是在使用防污剂的条件下。研究团队在韩国庆尚南道Geoje岛的Jangmok湾进行实地调查，部署了未经处理的对照板和涂有防污剂的实验板，以分析不同防污剂对生物膜和生物污损形成的影响。通过采用环境DNA（eDNA）的元条形码（metabarcoding）技术，研究团队能够快速且高效地识别和监测微生物群落的组成，以及它们与大型生物之间的关系。这种方法相较于传统的形态学分类方法更为便捷，且能够提供更全面的数据支持。

研究结果表明，生物污损模式本身对生物膜的形成影响较小，而防污剂则对微生物和大型生物的污损形成产生了显著影响。尽管某些细菌类群的丰度较低，但它们的代谢途径却表现出高度的富集。这种现象提示我们，防污剂可能并不完全阻止生物污损的发生，而是改变了生物群落的组成，使得某些具有抗污能力的生物更容易占据主导地位。例如，铜耐受性较强的革兰氏阴性细菌在防污剂涂覆的板上更为常见，而某些非本地物种如绿牡蛎（Perna viridis）的附着也有所增加，这可能与竞争关系有关。

此外，研究还发现，防污剂的使用可能会导致某些特定生物的过度繁殖，进而对非目标物种造成潜在威胁。这种变化可能不仅影响船舶的运行效率，还可能对海洋生态系统的平衡产生深远影响。因此，开发更加高效且环保的防污剂涂层技术显得尤为重要。现有的研究已经表明，基于生物启发的聚合物涂层，如自抛光共聚物（SPC），在防污方面具有良好的应用前景。然而，这些涂层中所含的生物杀灭剂，如有机锡化合物，因其在水中的持久性和对非目标生物的毒性，已被国际海事组织（IMO）禁止使用。

随着环保意识的提高和新技术的发展，研究者们开始探索替代性的防污剂材料。例如，铜吡啶硫酮（CuPT）、氧化亚铜（Cu?O）和锌吡啶硫酮（ZnPT）等金属基防污剂逐渐成为主流。这些材料虽然在一定程度上减少了对非目标生物的毒性，但仍需进一步研究其长期影响和生态风险。因此，本研究不仅关注防污剂对生物污损的直接影响，还试图揭示其对整个生物群落结构和功能的潜在影响。

通过元条形码技术，研究团队能够识别出在生物污损过程中起关键作用的微生物和大型生物种类。这种技术的应用不仅提高了数据收集的效率，还为预测潜在的生态风险提供了新的工具。例如，通过分析微生物的代谢途径，可以更好地理解它们在生物污损过程中的作用机制。同时，这种方法也为监测病原菌和外来物种提供了可能，这对于保护海洋生态系统的健康和稳定具有重要意义。

研究结果还表明，生物污损的形成具有一定的物种特异性。这意味着，不同种类的生物在面对相同的防污剂时，可能会表现出不同的反应。例如，某些革兰氏阴性细菌可能在防污剂的环境下更具生存优势，而其他微生物则可能受到抑制。这种物种特异性不仅影响了生物污损的组成，还可能对防污剂的长期效果产生影响。因此，在设计和应用防污剂时，需要考虑到不同生物之间的相互作用和竞争关系。

研究团队在分析过程中发现，某些非本地物种的附着率在防污剂处理的板上有所增加。这可能是由于防污剂对本地物种的抑制作用，使得非本地物种在竞争中占据优势。这种情况在生态学中被称为“竞争释放”（competitive release），即当某些物种被抑制时，其他物种可能会填补其生态位，从而改变整个群落的结构。这种现象在海洋生态系统中尤为常见，因为外来物种往往具有较强的适应能力和繁殖能力，能够在不利条件下迅速扩张。

为了更深入地理解生物污损的形成机制，研究团队还探讨了微生物群落与大型生物之间的相互作用。他们发现，微生物群落的变化与大型生物的附着行为之间存在一定的关联。例如，某些微生物的代谢活动可能为大型生物提供附着所需的基质，或者通过分泌特定的物质影响大型生物的生长和繁殖。这种复杂的相互作用关系使得生物污损的控制变得更加困难，因为单一的防污策略可能无法全面应对所有生物的附着行为。

研究团队还指出，随着气候变化和海洋环境的不断变化，生物污损的模式和组成可能会发生相应的变化。因此，持续监测和研究生物污损现象对于制定有效的防污措施至关重要。此外，研究结果也强调了元条形码技术在生态监测和管理中的重要性。这种技术不仅可以快速识别生物种类，还能提供关于生物群落结构和功能的详细信息，从而帮助科学家更好地理解生物污损的形成机制和生态影响。

总之，本研究通过实地调查和元条形码技术的应用，揭示了生物污损过程中微生物与大型生物之间的复杂关系。研究结果表明，防污剂的使用虽然能够减少某些生物的附着，但也可能导致其他生物的过度繁殖，进而对生态系统产生潜在影响。因此，未来的研究需要更加关注防污剂对生物群落的长期影响，并探索更加环保和高效的防污技术。这不仅有助于提高船舶的运行效率，还能够保护海洋生态系统的健康和稳定。