Mono Lake is a closed-basin, hypersaline, alkaline lake located in Eastern Sierra Nevada, California, that is dominated by microbial life. This unique ecosystem offers a natural laboratory for probing microbial community responses to environmental change. In 2017, a heavy snowpack and subsequent runoff led Mono Lake to transition from annually mixed (monomictic) to indefinitely stratified (meromictic). We followed microbial succession during this limnological shift, establishing a two-year (2017–2018) water-column time series of geochemical and microbiological data. Following meromictic conditions, anoxia persisted below the chemocline and reduced compounds such as sulfide and ammonium increased in concentration from near 0 to ~400 and ~150 µM, respectively, throughout 2018. We observed significant microbial succession, with trends varying by water depth. In the epilimnion (above the chemocline), aerobic heterotrophs were displaced by phototrophic genera when a large bloom of cyanobacteria appeared in fall 2018. Bacteria in the hypolimnion (below the chemocline) had a delayed, but systematic, response reflecting colonization by sediment “seed bank” communities. Phototrophic sulfide-oxidizing bacteria appeared first in summer 2017, followed by microbes associated with anaerobic fermentation in spring 2018, and eventually sulfate-reducing taxa by fall 2018. This slow shift indicated that multi-year meromixis was required to establish a sulfate-reducing community in Mono Lake, although sulfide oxidizers thrive throughout mixing regimes. The abundant green alga Picocystis remained the dominant primary producer during the meromixis event, abundant throughout the water column including in the hypolimnion despite the absence of light and prevalence of sulfide. Our study adds to the growing literature describing microbial resistance and resilience during lake mixing events related to climatic events and environmental change.

中文翻译：

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加利福尼亚州莫诺湖的微生物演替和动态

莫诺湖是位于加利福尼亚州内华达山脉东部的一个封闭盆地、高盐度碱性湖泊，以微生物为主。这种独特的生态系统为探索微生物群落对环境变化的反应提供了一个天然实验室。2017 年，大雪和随后的径流导致莫诺湖从每年混合（单向）过渡到无限分层（分向）。我们在这一湖沼学转变期间跟踪了微生物的演替过程，建立了两年（2017-2018 年）水柱时间序列的地球化学和微生物数据。在分体条件下，在趋化层下方持续缺氧，硫化物和铵等还原化合物的浓度在 2018 年分别从接近 0 增加到 ~400 和 ~150 µM。我们观察到显着的微生物演替，趋势随水深而变化。在表层（趋化层上方），当 2018 年秋季出现大量蓝藻时，需氧异养生物被光养属取代。 下层（趋化层下方）中的细菌有一个延迟但系统的反应，反映了沉积物“种子”的定植银行”社区。光养硫化物氧化细菌于 2017 年夏季首次出现，随后于 2018 年春季出现与厌氧发酵相关的微生物，并最终在 2018 年秋季出现硫酸盐还原类群。这种缓慢的转变表明需要多年的裂殖体才能建立硫酸盐还原群落在莫诺湖中，尽管硫化物氧化剂在整个混合体系中茁壮成长。丰富的绿藻 当 2018 年秋季出现大量蓝藻时，需氧异养生物被光养菌取代。 水下层（趋化层下方）中的细菌有一个延迟但系统的反应，反映了沉积物“种子库”群落的定植。光养硫化物氧化细菌于 2017 年夏季首次出现，随后于 2018 年春季出现与厌氧发酵相关的微生物，并最终在 2018 年秋季出现硫酸盐还原类群。这种缓慢转变表明需要多年的裂殖体才能建立硫酸盐还原群落在莫诺湖中，尽管硫化物氧化剂在整个混合体系中茁壮成长。丰富的绿藻 当 2018 年秋季出现大量蓝藻时，需氧异养生物被光养菌取代。 水下层（趋化层下方）中的细菌有一个延迟但系统的反应，反映了沉积物“种子库”群落的定植。光养硫化物氧化细菌于 2017 年夏季首次出现，随后于 2018 年春季出现与厌氧发酵相关的微生物，并最终在 2018 年秋季出现硫酸盐还原类群。这种缓慢的转变表明需要多年的裂殖体才能建立硫酸盐还原群落在莫诺湖中，尽管硫化物氧化剂在整个混合体系中茁壮成长。丰富的绿藻 反映沉积物“种子库”社区殖民化的反应。光养硫化物氧化细菌于 2017 年夏季首次出现，随后于 2018 年春季出现与厌氧发酵相关的微生物，并最终在 2018 年秋季出现硫酸盐还原类群。这种缓慢的转变表明需要多年的裂殖体才能建立硫酸盐还原群落在莫诺湖中，尽管硫化物氧化剂在整个混合体系中茁壮成长。丰富的绿藻 反映沉积物“种子库”社区殖民化的反应。光养硫化物氧化细菌于 2017 年夏季首次出现，随后于 2018 年春季出现与厌氧发酵相关的微生物，并最终在 2018 年秋季出现硫酸盐还原类群。这种缓慢的转变表明需要多年的裂殖体才能建立硫酸盐还原群落在莫诺湖中，尽管硫化物氧化剂在整个混合体系中茁壮成长。丰富的绿藻 尽管硫化物氧化剂在整个混合方案中都很活跃。丰富的绿藻 尽管硫化物氧化剂在整个混合方案中都很活跃。丰富的绿藻Picocystis在 meromixis 事件期间仍然是主要的初级生产者，尽管没有光照和硫化物的普遍存在，但在整个水体中，包括在水下层中，皮囊藻都非常丰富。我们的研究增加了越来越多的文献，这些文献描述了与气候事件和环境变化相关的湖泊混合事件期间的微生物抗性和恢复力。