人工光源照射下形成的光养微生物组(即光养微生物及其给养的异养微生物)是地下或者封闭环境中文化遗迹的重要病害生物。以西班牙阿尔塔米拉洞窟(16000年史前文明)和法国拉斯科洞窟(15000-17000年史前文明)为例,为了方便游客参观,设置了人工光源。由于人工光源的照射和封闭环境内游客呼出的二氧化碳浓度增高,导致光养微生物组病害的频发。针对此类问题,Science于2002年和Nature于2005年连续发文,提出对光的调控可以防治光养微生物组病害的设想,但是迄今缺乏有力的数据支撑。
由于光养微生物(光合色素)对不同光波能量吸收的差异,不同波长的光源可以影响光养微生物对空气中二氧化碳和氮气的固定,进而再影响其给养的异养微生物的群落结构和生态功能,因此有望成为缓解此类文物生物病害的突破口。南京林业大学化工院冯有智团队的包远远博士联合东南大学建筑学院李永辉教授团队,在南京市江宁区文化遗产保护中心的大力支持下,基于五代十国时期南方规模最大的帝王陵墓-南唐二陵,设置了原位光波控制试验,综合扩增子和宏基因组测序、代谢组学和生物化学等技术方法,探明了不同波段的光源对光养微生物组及其文物劣化强度的影响。研究发现,蓝细菌是该地下文化遗迹的一类主导光养微生物;与广谱的白光(380-780 nm)相比,单色光,特别是绿光(~530 nm),通过影响蓝细菌种群光合色素基因的编码,降低了蓝细菌驱动的光养微生物组中,与文物劣化密切相关的元素循环功能基因丰度和酶系活性,从而能够有效抑制光养微生物组对地下文化遗迹的生物病害。研究成果以南林大为第一单位发表在Nature合作期刊系列npj biofilms and microbiomes上。该研究整合了光波引发的生态位分异、自下而上的微生物食物链、群落结构-生态功能耦合等多个生态理论,为文化遗迹预防性保护措施的制定提供了科学依据。
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