恐怖的小商店:饥饿的绿藻更喜欢吃活的细菌

藻类与绿色荧光

这是长尾锥体单胞菌(左)和同一种藻类的绿色荧光图像,显示了细胞内被摄取的细菌(右)。资料来源:N. Bock & E. Kim

新的研究指出绿藻可能广泛的吞噬作用,建议在环境微生物学改进方法学。yabo124

新的研究表明,绿藻吃掉细菌的能力可能比之前认为的更广泛,这一发现可能对环境和气候科学至关重要。这项工作由美国自然历史博物馆的科学家们领导,哥伦比亚大学他们发现,五种单细胞绿藻在“饥饿”的时候会吃掉细菌,而且只在这些细菌还活着的时候才吃。这项研究发表在今天的《科学》杂志上ISME杂志

“传统上,我们认为绿藻是纯粹光合作用的有机体,通过在阳光下浸泡生产它们的食物,”美国自然历史博物馆副馆长、该研究的通讯作者之一金恩秀(Eunsoo Kim)说。“但我们已经了解到,在条件适宜的情况下,有许多种绿藻也可以吃掉细菌。”我们还发现了它们是多么的挑剔。”

2013年,金和她的同事们首次提供了绿藻以细菌为食的确凿证据,他们在一种产自明胞菌属的藻类中证明了这一点。虽然该领域的一些人认为这种行为是罕见的例外,但Kim的实验室继续探索混合营养——描述生物体利用光合作用和吞噬(细胞吞噬)来为自己提供能量的模式——是否存在于其他类型的绿藻中。在哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的研究生尼古拉斯·博克和博物馆博士后索菲·夏维特领导的研究小组提出一种新的实验方法之前,这是一种很难证实的行为。

研究人员用一种无毒荧光染料标记的活细菌进行了喂食实验,并将这些细菌与五种不同的单细胞绿藻(称为prasinophytes)结合,通过流式细胞仪进行分析,流式细胞仪帮助科学家分析溶液中的细胞特性。流式细胞仪检测到随着时间的推移,藻类细胞中的绿色荧光水平不断增加,这表明藻类正在吞噬发光的细菌。为了确认确实发生了吞食,研究人员使用了高精度显微镜来确定绿色荧光从海藻细胞内部发出。在这个过程中,研究小组发现了这些挑食者的两个特别的怪癖:他们测试的藻类只吃活细菌(实验中死亡的细菌没有被碰过),当其他营养物质含量较低时,他们吃得更多。这些发现对绿藻的环境研究具有重大意义。

“传统上,当人们研究海洋中的藻类对环境样本的细菌摄食时,他们使用荧光标记的细菌,这些细菌在标记过程中被杀死,”Charvet说。“至少在我们培养的五种藻类菌株中,它们优先以活细菌为食,而似乎忽略了被杀死的细菌。”这意味着,由于所使用的方法,藻类对自然环境中细菌群落的影响可能被严重低估了。”

绿藻遍布世界各地,帮助形成了水生食物网的基础。与其他光合作用的有机体,如蓝藻、硅藻和甲藻——它们有一个总称浮游植物——一起,绿藻起到了某种生物碳泵的作用,其消耗二氧化碳的规模相当于陆地生态系统中的树木和其他陆地植物。

博克说:“几十年来,科学家们已经能够发射卫星,通过测量叶绿素获得光学数据,来推断全球浮游植物的分布。”博克在哥伦比亚大学(Solange Duhamel)领导下进行了这项工作,现在图森市亚利桑那大学(University of Arizona, Tucson)。“通过研究,我们了解到浮游植物对碳循环至关重要。这里的假设是所有的叶绿素只是代表光合作用。这不能解释混合营养的部分,因为没有简单的方法来检测(通过卫星)它们是否在吃其他细胞。我们的研究强调,实际情况要复杂得多。”

在博克和夏尔韦领导的实验的同时,研究人员利用美国自然历史博物馆和毕格罗海洋科学实验室的约翰·伯恩斯(John Burns)建立的基于基因的预测模型来研究绿藻吃细菌。这些预测与实验结果一致,并表明这种行为在绿藻生命树中更为普遍。

参考:Nicholas A. Bock, Sophie Charvet, John Burns, Yangtsho Gyaltshen, Andrey Rozenberg, Solange Duhamel和Eunsoo Kim的《绿藻中细菌的实验鉴定和硅预测》,2021年3月2日,ISME日报
DOI: 10.1038 / s41396 - 021 - 00899 - w

这项研究的其他作者包括来自美国自然历史博物馆的扬朔·嘉特申和来自以色列理工学院的安德烈·罗森伯格。

这项工作得到了美国国家科学基金会的部分支持。s CAREER-1453639, OCE-14580950, OCE-1458070, Simons Foundation grant no.;382790.

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