當(dāng)采摘的食物很少時(shí)，饑餓的海洋微生物該怎么辦?它必須捕獲營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)——氮、磷或鐵——才能生存，但在廣闊的海洋中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)極其稀缺。而且風(fēng)險(xiǎn)很高：海洋微生物群落推動(dòng)了許多維持地球上所有生命的元素循環(huán)。
本周《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》報(bào)道了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的一個(gè)巧妙解決方案。在低營(yíng)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(dòng)的毛狀附屬物(纖毛)的更細(xì)小的細(xì)胞結(jié)合在一起。跳動(dòng)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(dá) 10 倍的營(yíng)養(yǎng)——從而通過(guò)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(shí)驗(yàn)室 (MBL) 的資深通訊作者約翰·H·科斯特洛 (John H. Costello) 說(shuō)，即使海洋劇烈動(dòng)蕩，微生物也可以搭載在聯(lián)盟中進(jìn)行分工。
“對(duì)于所有條件，除了最極端的混合，這些微生物細(xì)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(shuō)。“在他們的世界里，周圍的流體總是粘稠的，他們不會(huì)像人類感覺(jué)到的那樣經(jīng)歷湍流渦流。”
該團(tuán)隊(duì)使用一種稱為粒子圖像測(cè)速 (PIV) 的技術(shù)來(lái)測(cè)量光合海洋硅藻Coscinodiscus wailesii周圍流體流動(dòng)的方向和大小，有和沒(méi)有附著的纖毛蟲(chóng)“伙伴”，Pseudovorticella coscinodisci。他們發(fā)現(xiàn)，由纖毛搏動(dòng)產(chǎn)生的流體流動(dòng)可以增加流向硅藻細(xì)胞表面的養(yǎng)分流量，比單獨(dú)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(yíng)養(yǎng)環(huán)境中應(yīng)對(duì)的一種方式。另一種先前已知的單個(gè)細(xì)胞策略是下沉到更深的地方，這會(huì)在細(xì)胞和周圍的水之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并增加其暴露于更高營(yíng)養(yǎng)濃度的情況。
“在低營(yíng)養(yǎng)條件下，下沉可能會(huì)很好地工作，在這種情況下，混合會(huì)使細(xì)胞從深處回流到陽(yáng)光照射的層，”科斯特洛說(shuō)。“這樣，硅藻下沉的風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)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(chóng)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(xì)胞光合作用組之一。因此，這項(xiàng)研究有助于闡明對(duì)理解氣候變化越來(lái)越重要的海洋-大氣交換。
標(biāo)簽： 海洋微生物
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