长期以来，科学界对矿物在微生物生命活动中的作用认知主要聚焦于其作为物理栖息地和营养/能量来源的功能。例如，特定矿物可为微生物提供必需的营养元素（如磷、铁）或作为电子供体/受体参与能量代谢，其表面结构也能为微生物生长提供庇护。然而，这种传统观点很大程度上忽略了那些不具备明显营养或能量价值的矿物种类可能扮演的角色。
天津大学地球系统科学学院滕辉教授团队在Nature系列期刊《Communications Earth & Environment》发表的最新研究，证明了矿物颗粒能够作为独立于营养供给之外的环境信号分子，深刻影响微生物的生理状态、代谢策略（包括次级代谢产物如抗生素的合成）和抗逆性（如抗生素抗性）的演化方向，挑战了矿物仅作为被动物质来源的传统认知。
在这项研究中，研究人员设计了连续传代实验（长达50代），在营养和能量均非常丰富的LB培养基中，分别引入了惰性的层状硅酸盐矿物高岭石和富含铁镁的岛状硅酸盐矿物橄榄石。尽管培养基本身已提供充足资源，这两种性质迥异的矿物却均对土壤来源的微生物群落产生了显著且复杂的影响。研究发现，矿物处理不仅改变了群落的组成结构，更重要的是，它们深刻重塑了微生物的基因表达图谱（宏转录组分析显示超过75%的基因表达发生显著变化）。尤为引人注目的是，惰性的高岭石特异性激活了链霉素生物合成途径相关基因的表达；同时，无论是高岭石还是橄榄石，都显著提升了微生物群体中抗生素抗性基因（ARGs）的整体表达水平。此外，研究还发现两种矿物均刺激了参与复杂有机质（如木质纤维素）降解的酶系（CAZymes）相关基因的表达，暗示矿物信号可能影响土壤关键的碳循环过程。
天津大学张坚超副研究员为论文第一作者，滕辉教授为通讯作者，博士生王贝贝和硕士生渠素敏参与了这项研究。扫描电子显微镜得到地科院实验中心石璘老师的强力保障。该工作得到了国家自然基金委项目的支持（42177108, 42430205）。
论文信息：Jianchao Zhang, Beibei Wang, Sumin Qu, Xiangyu Zhu, Yuebo Wang & Hui Henry Teng*. Minerals function as signals to modulate microbial adaptation. 2025. 6. 464
论文链接：https://www.nature.com/articles/s43247-025-02429-4
