海洋微生物在食物稀缺時巧妙地合作收集食物

當(dāng)采摘的食物很少時，饑餓的海洋微生物該怎么辦?它必須捕獲營養(yǎng)物質(zhì)——氮、磷或鐵——才能生存，但在廣闊的海洋中，營養(yǎng)物質(zhì)極其稀缺。而且風(fēng)險很高：海洋微生物群落推動了許多維持地球上所有生命的元素循環(huán)。

本周《美國國家科學(xué)院院刊》報道了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的一個巧妙解決方案。在低營養(yǎng)環(huán)境中，海洋微生物可以聚集在一起，并與表面有振動的毛狀附屬物(纖毛)的更細小的細胞結(jié)合在一起。跳動的纖毛產(chǎn)生微電流，可以在微生物的觸及范圍內(nèi)吸收多達 10 倍的營養(yǎng)——從而通過合作工作提供一頓飯。

普羅維登斯學(xué)院和伍茲霍爾海洋生物實驗室 (MBL) 的資深通訊作者約翰·H·科斯特洛 (John H. Costello) 說，即使海洋劇烈動蕩，微生物也可以搭載在聯(lián)盟中進行分工。

“對于所有條件，除了最極端的混合，這些微生物細胞生活在比海洋混合引起的渦流更小的流體空間中，”科斯特洛說。“在他們的世界里，周圍的流體總是粘稠的，他們不會像人類感覺到的那樣經(jīng)歷湍流渦流。”

該團隊使用一種稱為粒子圖像測速 (PIV) 的技術(shù)來測量光合海洋硅藻Coscinodiscus wailesii周圍流體流動的方向和大小，有和沒有附著的纖毛蟲“伙伴”，Pseudovorticella coscinodisci。他們發(fā)現(xiàn)，由纖毛搏動產(chǎn)生的流體流動可以增加流向硅藻細胞表面的養(yǎng)分流量，比單獨流向硅藻的流量高 4-10 倍。

這種合作解決方案是微生物在低營養(yǎng)環(huán)境中應(yīng)對的一種方式。另一種先前已知的單個細胞策略是下沉到更深的地方，這會在細胞和周圍的水之間產(chǎn)生相對運動，并增加其暴露于更高營養(yǎng)濃度的情況。

“在低營養(yǎng)條件下，下沉可能會很好地工作，在這種情況下，混合會使細胞從深處回流到陽光照射的層，”科斯特洛說。“這樣，硅藻下沉的風(fēng)險可能會被返回到高光環(huán)境的可能性所抵消。但在低混合條件下，與纖毛蟲形成聯(lián)盟可能是解決低養(yǎng)分可用性的更有利的解決方案。”

硅藻是從大氣中去除二氧化碳的最重要的單細胞光合作用組之一。因此，這項研究有助于闡明對理解氣候變化越來越重要的海洋-大氣交換。

標簽： 海洋微生物