最近《微生物学通报》出版了环境微生物学主题专刊,周宁一编辑在序言里提到"地球上存在的原核微生物数量估算约为(4-6)×1030"。对这个数字感兴趣,就查了一下地球上微生物的相关信息,和大家分享。 地球上原核生物的数量 这篇文章追溯到1998年,研究结果表明地球上绝大多数的原核生物存在于海洋、土壤、海洋地表和陆地地表,细胞数量分别为1.2×1029、2.6×1029、3.5×1030、和0.25–2.5×1030,总数约为(4-6)×1030个。绝大多数微生物都在地表,随着深度的增加,微生物越来越少。除了上述几个场所,还有少量的微生物存在于动物体内、空气以及植物叶面等。地球上原核生物的数量如下表所示:在本文中,作者也对地球上原核生物所占的碳含量进行了预测,预测的碳总量为350–550 Pg C (1015 g carbon),占地球上植物碳的60-100%。那么这个结果可靠吗?文献出处:Whitman, W. B., Coleman, D. C., & Wiebe, W. J. (1998). Prokaryotes: the unseen majority. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(12), 6578-6583. 地球上原核生物的生物量 随着取样和检测技术的进步,Bar-On等人对地球上不同物种的生物量进行最新的预测,结果如图所示,地球上所有物种的生物量约550 Gt C(1 Gt C = 1015 g carbon),其中80%为植物(~450 Gt C),其次是细菌(~70 Gt C),约占15%,其他依次是真菌、古菌、原生生物、动物和病毒。而70多亿的人类,只占地球生物量的0.01%。由此可见,上文预测的原核生物350–550 Pg C这一数据有些高估了。文献出处:Bar-On, Y. M., Phillips, R., & Milo, R. (2018). The biomass distribution on Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(25), 6506-6511. 地球上微生物的种类 作者基于尺度规律和生物多样性的对数模型,预测地球上微生物的种类约为1011~1012个。到目前为止~104个种类被分离培养,少于105个物种有分类序列,99.999%的微生物种类仍未被发现。当然,这篇文章的结论也受到了一些质疑,有学者推测微生物的种类可能只有106个,但支持者也不在少数。文献出处:Locey, K. J., & Lennon, J. T. (2016). Scaling laws predict global microbial diversity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(21), 5970-5975. Louca, S., Mazel, F., Doebeli, M., & Parfrey, L. W. (2019). A census-based estimate of Earth's bacterial and archaeal diversity. PLoS Biology, 17(2), e3000106. 地球上已被测序的原核生物比例 本文研究推测,全球原核生物类群的基因组测序比例为2.1%,一些高丰度的优势种群测序比例远远高于稀有类群。以往大家老生常谈的1%微生物可培养这一概念可能有点OUT了,可培养微生物比例应该更高。文献出处:Zhang, Z., Wang, J., Wang, J., Wang, J., & Li, Y. (2020). Estimate of the sequenced proportion of the global prokaryotic genome. Microbiome, 8(1), 1-9. 结语目前我们关于微生物的认知仍十分有限,尤其是微生物组学和生态学的发展才刚刚拉开帷幕。让我想起星爷电影的经典对白:柳飘飘:喂,看前面漆黑一片,什么也看不见。尹天仇: 也不是,天亮之后就会很美。 (欢迎关注公众号i3microorganism,了解更多微生物)