珊瑚礁中的海绵对珊瑚礁的整体健康非常重要，它也是地球上最早的动物之一。美国新罕布什尔大学（UNH）一项研究用一种新颖的方法来研究珊瑚礁生态系统，以了解海绵和与其共生微生物的复杂进化过程。有了这个“基因组时间机器”，研究人员可以通过数亿年的巨大进化过程来预测珊瑚礁和海洋生态系统的各个方面。相关研究成果已经发表于《自然生态学与进化》（Nature Ecology & Evolution）上。

UNH博士后研究员、论文的主要作者Sabrina Pankey提到，这项研究显示了微生物组如何在一组超过7亿年的生物体内进化。为了应对气候变化，珊瑚礁上的海绵数量正在增加，它们在水质和营养固定方面发挥着巨大作用。

然而，这项工作的重要性超越了海绵，提供了一种基于基因组学来理解过去的方法。这项研究的共同作者、UNH副教授David Plachetzki也提到，如果能够重建像这种复杂微生物群落的进化历史，我们可以了解很多关于地球过去的事情。这种研究可以揭示地球海洋化学成分的各个方面，可以追溯到现代珊瑚礁存在之前，或者可以帮助了解大约2.52亿年前，有关海洋生态系统在发生历史上最大规模灭绝之后所经历的动荡。

研究人员使用机器学习方法表征了来自加勒比地区近100种海绵物种，以模拟海绵独特微生物组中每个成员的身份和丰度，以及在其中共生的微生物和细菌群落。他们发现了两种不同的微生物组组成，导致海绵用于进食（海绵通过身体泵水来捕获营养）和保护自己免受捕食者侵害的策略，即使是在珊瑚礁上并排生长的物种中也是如此。

文中描述的共生群落类型非常复杂，但可以证明它们多次独立进化。而且这些微生物群落正在做的事情非常具体，海绵已经多次确认这种多样化的微生物排列对它们有用。研究人员利用这种新的基因组方法发现，这些不同的微生物组拥有很高的微生物丰度，每克组织超过十亿个微生物，其中之一的起源发生在地球海洋经历生物地球化学重大变化的时候，与现代珊瑚礁的起源相吻合。

虽然机器学习和基因组测序产生了称之为“微生物编码测序成果”的发现，但这项研究始于远离实验室的加勒比温暖水域。研究人员在2017年和2018年进行了五次探险，潜水收集了1400海绵样本。他们总结了野外工作经验，协助完成海绵收集和分子鉴定等工作。（於维樱 编译）