(开首：MIT News)自拍 偷拍
海洋中最艰苦的生物之一是微弱且带有翡翠色彩的原绿球藻（Prochlorococcus marinus）。这种比东谈主类红细胞还要小的单细胞袖珍浮游生物芜俚散布在海洋上层水域，是地球上数目最多的光合作用生物，原绿球藻的固碳才能以致可与陆地作物相比好意思。如今，科学家考虑发现，这种微弱的绿色生物在海洋碳轮回和碳储存中演出着至关浩大的扮装。
最近，MIT 的科学家发现了原绿球藻在转变海洋生态方面的一项新功能——“DNA构建块的交叉喂养”。在发表在 Science Advances 上的一篇论文中，考虑团队指出，这些微生物会将过剩的化合物开释到周围环境中，这些化合物随后被其他海洋生物经受，用作养分开首、能量供应或代谢转变物。换句话说，原绿球藻排放的放胆物成了其他微生物的贵重资源。
更真理的是，这种交叉喂养阐扬出法子的周期性：原绿球藻频频在夜间开释这些分子，而其他微生物会飞快将其经受。考虑发现，关于海洋中最丰富的细菌之一 SAR11 而言，这些夜间的“零食”具有同样裁汰剂的作用，约略减缓它们的代谢速率，为第二天的活跃情状积贮能量。
张开剩余82%通过这种交叉喂养，原绿球藻不单是是在肤浅地开释过剩物资，还在匡助繁密微生物群落竣事可执续滋长。这种互动花式可能为大家范畴内微生物的日常节奏奠定了基础。
MIT 考验、该考虑的共同作家 Sallie “Penny” Chisholm 默示：“海洋生态系统中两类最丰富微生物之间的联系一直是海洋学家讲理的谜题。”早在 1986 年，她便参与了原绿球藻的发现。她补充谈：“如今，咱们终于约略窥见它们之间精妙的淹没联系，这种淹没保管了广袤海域中微生物的滋长与生态均衡。”
由于原绿球藻和 SAR11 芜俚散布于上层海洋，考虑团队估计，这些分子之间的交换可能是海洋中最要害的交叉喂养联系之一，在海洋碳轮回中阐扬把稳大作用。
“通过深刻考虑交叉喂养的细节和万般性，咱们正徐徐揭示塑造碳轮回的要害力量。”该考虑的第一作家、MIT 地球、大气与行星科学系考虑员 Rogier Braakman 默示。
参与这项考虑的其他MIT合作家还包括 Brandon Satinsky、Tyler O’Keefe、Shane Hogle、Jamie Becker、Robert Li、Keven Dooley 和 Aldo Arellano。此外，来自伍兹霍尔海洋考虑所的 Krista Longnecker、Melissa Soule和Elizabeth Kujawinski 也共同参与了考虑。
发现“飘浮者”
交叉喂养在微生物天下中相配遍及，但这仍是由频频在联系密切的群落中获得了更深刻的考虑。举例，在东谈主类肠谈内，微生物互相距离很近，约略汗漫地交换资源并共同受益。
比较之下，原绿球藻是一种开脱漂浮的微生物，东京热官网频频受到海洋上层水流的翻滚和搀杂作用。尽管科学家早已估计这些浮游生物在一定进程上参与了交叉喂养，但它们具体何如互动以及哪些微生物从中受益，一直难以明确。由于原绿球藻排放的物资浓度极低，难以被检测，这也为考虑带来了不小的挑战。
但是，在 2023 年的一项考虑中，Braakman 与伍兹霍尔海洋考虑所的科学家合作，掌握他们草创的时期生效测量了海水中的微量有机化合物。在本质室中，考虑东谈主员在不同条目下培养了多种原绿球藻菌株，并对其开释的物资进行了分析。后果知道，原绿球藻主要分泌的物资包括嘌呤和嘧啶，它们是 DNA 的浩大构建块。此外，这些分子还富含氮，这一发现令考虑团队感到猜疑。
原绿球藻主要生活在氮含量较低的海洋区域，按照常理，它们理当尽可能保留扫数含氮化合物。那么，为什么它们会接管开释这些珍稀的化合物呢？
大家“交响乐”
在最新的考虑中，考虑东谈主员深刻探讨了原绿球藻的交叉喂养机制过火对多种海洋微生物的影响。
最初，他们考虑了原绿球藻何如合成并掌握嘌呤和嘧啶，并将这些化合物开释到周围环境中。通过对已发表的基因组进行比较，考虑团队筛查了与嘌呤和嘧啶代谢探求的基因。他们发现，这些化合物一朝合成，主要被用于 DNA 的生成和微生物基因组的复制。尽管大部分嘌呤和嘧啶会被回收再掌握，但最终仍有小数被开释到环境中。原绿球藻似乎在尽可能高效地掌握这些化合物后，将过剩的部分排放出去。
考虑团队进一步分析了基因抒发数据，发现回收嘌呤和嘧啶的基因在薄暮时段基因组复制岑岭的几小时后才达到抒发岑岭。这一发现促使他们深刻探究，哪些生物可能从原绿球藻夜间开释的分子中获益。
为了解答这个问题，考虑东谈主员分析了 300 多种异养微生物的基因组。异养微生物通过花费有机碳保管活命，而不是依靠光合作用合成碳。考虑团队估计，这些异养微生物可能会掌握原绿球藻开释的有机放胆物。分析后果知道，大无数异养微生物齐佩戴与经受嘌呤或嘧啶探求的基因，部分微生物以致同期具备经受两种化合物的才能。这标明，微生物在交叉喂养经由中沿着不同的进化旅途发展，以适当各式资源掌握神色。
进一步考虑中，团队止境讲理一种偏好嘌呤的微生物——SAR11，它是海洋中数目最多的异养微生物。在比较 SAR11 不同菌株的基因时，他们发现，各菌株在掌握嘌呤的神色上存在相反：有些菌株约略成功经受并完好掌握嘌呤，而有些则将嘌呤领悟为能量、碳或氮。这种万般化的掌握政策背后究竟是什么身分在运转？
谜底在于当地环境的影响。考虑团队通过宏基因组分析，对大家 600 多个海水样本中的微生物集体基因组序列进行了比较，并纠合采样所在的环境数据进行分析。后果发现，当海水中的氮含量较低时，SAR11 会掌握嘌呤中的氮元素；而在氮含量足够的情况下，它们则将嘌呤手脚碳源或能量开首。这一发现揭示了不同海洋环境下，微生物群落在接管压力作用下何如生动和谐代谢政策。
18少女“这项考虑标明，海洋中的微生物之间诞生了超出咱们预期的复杂联系，这些联系促进了它们的滋长后劲。”这篇论文的共同作家 Kujawinski 默示。
为了进一步考证这一机制，考虑团队在本质室中开展了本质，不雅察嘌呤对 SAR11 的成功影响。他们将细菌培养在不同浓度的嘌呤环境中，不测地发现嘌呤会减缓细菌的平日代谢行径，以致扼制其滋长速率。但是，当细胞处于环境压力条目下时，这些细菌依然约略滋长出厚实健康的细胞。这标明，嘌呤激勉的代谢暂停可能匡助细菌和谐情状，为滋长积贮能量，从而更好地应付外界压力。
“原绿球藻逐日开释嘌呤的脉冲，可能是一种日常轮回的扼制信号，使 SAR11 的代谢暂时停滞，以便在第二天太阳腾飞时，它们能作念好充分准备。” Braakman 默示，“因此，咱们合计原绿球藻在海洋代谢的日常‘交响乐’中演出着指点者的扮装。交叉喂养在这些微生物之间创造了大家范畴的同步节奏。”
这项考虑获得了西蒙斯基金会和好意思国国度科学基金会的部分资助。
原文攀附：
https://news.mit.edu/2025/abundant-phytoplankton-feeds-marine-microbe-global-network-0103自拍 偷拍
发布于：北京市