全球樹皮的表面積與陸地面積相當。這些巨大的樹皮表面越來越被認為是大氣氣體在土壤-樹木-大氣之間交換的重要媒介。它們也為微生物提供了棲息地，最近的宏基因組學研究表明，樹皮中的微生物可能在甲烷（CH?）的循環中發揮作用。然而，人們對這些可能廣泛存在于全球范圍內的微生物群落的代謝和生態系統功能仍缺乏全面了解。

在土壤-大氣界面，我們推測樹皮中的微生物群落利用多種氣體基質來維持自身生長，并可能在全球大氣氣體循環中發揮重要作用。然而，以往的宏基因組學研究僅提供了關于樹皮微生物生活方式的有限且間接的信息。許多特征，如微生物對氣候活性氣體（如氫氣H?和一氧化碳CO）的氧化作用，無法通過分類學歸屬來可靠預測。要真正理解樹皮微生物的功能，需要通過基因組分析和功能驗證來獲得直接證據。在這項研究中，我們將基因組解析的宏基因組學分析與原位和離體生物地球化學實驗相結合，以研究澳大利亞森林中樹皮微生物的能力、代謝特性及其在生態系統中的重要性。

我們研究了8種常見的澳大利亞樹種的樹皮微生物群落，這些樹種分布于淡水濕地、沿海和高地森林生態系統中。所有樹種都含有豐富的內生微生物，估計每平方米樹皮中約有6萬億個微生物細胞。基于基因組的宏基因組學分析顯示，樹皮微生物群落與周圍的土壤和水體存在顯著差異，其中包含多種具有靈活代謝能力的細菌，包括能夠進行氣體循環和兼性厭氧代謝的細菌。主要細菌類型被證明可以通過有氧呼吸消耗氫氣，并在缺氧條件下通過發酵產生氫氣。此外，編碼其他氣體（包括CO、CH?和揮發性有機化合物）有氧和厭氧代謝酶的細菌也非常豐富，某些濕地樹木中還存在產甲烷的古菌。實驗結果表明，樹皮微生物在有氧條件下會消耗CH?、H?和CO，但在缺氧條件下則會開始產生這些氣體。原位測量進一步證實，樹皮表面確實存在多種氣候活性氣體的交換現象。特別是，所有樹種和不同樹皮高度上都觀察到了氫氣的凈吸收，這表明樹皮可能是一個被忽視的氫氣吸收源，其強大的微生物活動每年可吸收大量的大氣氫氣。

我們的研究結果揭示了樹皮中豐富微生物群落的代謝特性，表明它們能夠靈活地代謝各種氣體，并適應樹木內部的基質和氧化還原條件。這些微生物的活動顯著調節了主要氣候活性氣體（如CH?）的循環，以及常被忽視的間接溫室氣體H?、CO和揮發性有機化合物的循環。樹皮微生物通過吸收多種氣候活性氣體可能對氣候產生積極影響，但它們的代謝靈活性也意味著它們可能根據環境條件轉變為氣體來源。總體而言，這些結果表明樹木及其微生物群落在調節全球大氣循環中起著重要作用，應在生物地球化學模型、森林管理和保護工作中予以充分考慮。

最新研究表明樹木樹皮中存在微生物，但人們對它們的身份、功能和環境作用知之甚少。通過基于基因組的宏基因組學分析，我們發現8種常見澳大利亞樹種的樹皮中棲息著豐富且特化的微生物群落。主要細菌為適應動態氧化還原條件和基質變化的兼性厭氧菌。此外，與樹皮相關的甲烷氧化菌也很豐富，且能與產氫甲烷菌共存。實驗表明，樹皮微生物在有氧條件下會消耗甲烷、氫氣和一氧化碳，并在缺氧條件下產生這些氣體。結合原位實地測量數據，我們發現樹木中的微生物以較高速率代謝多種氣候活性氣體，這表明它們在全球大氣循環中可能發揮重要作用。