幾十年來，科學家們相信，主要的海洋細菌群非常適合食物供應很少的水生生物。新的研究表明，這一假設可能並不完美。這些微生物似乎對環境變化比以前想像的要敏感得多。
這種名為 SAR11 的細菌是世界各地表層海水中最豐富的生命形式。在一些地區，它約佔所有海洋細菌細胞的 40%。它們的獨特性來自於改進的基因組。這是一種進化策略，生物體分泌基因以在營養貧乏的環境中保存能量。
發表在的一項研究 天然微生物學 這一事件表明，這種極端的效率也會造成嚴重的限制。
“SAR11在適應和穩定控制營養匱乏的環境方面取得了非凡的進化成功，可能使它們更容易受到海洋變化的影響。它們可能演變成小陷阱，”生物和地球科學教授卡梅倫·思拉什(Cameron Thrash)說。該研究的通訊作者說
調整內部弱點
了解 SAR11 如何應對環境壓力。研究人員檢查了數百個 SAR11 基因組。他們發現許多菌株缺乏通常負責調節細胞週期的基因。這是控制 DNA 複製和細胞分裂的系統。在大多數細菌中，這些基因對於正常生長和生存至關重要。
當環境發生變化時，缺乏監管似乎會造成一個重大問題。科學家已經觀察到SAR11種群對環境變化很敏感。這項研究的突出之處在於細胞在壓力下如何反應異常。
許多 SAR11 細胞不但沒有減慢生長速度，反而繼續複製 DNA，但無法分裂。
該研究的主要作者、生物科學博士生程傳凱說：“DNA複製和細胞分裂是分開的。細胞繼續複製其DNA，但無法正常分裂。這會導致細胞染色體數量異常。” “令人驚訝的是，出現了清晰且可重複的細胞特徵。”
為什麼細胞衰竭會減緩人口增長？
具有額外染色體的細胞往往會變得比正常細胞大並最終死亡。儘管營養物質已經可以使用，但這些失敗也降低了總體人口增長。這一發現挑戰了人們普遍認為，食物充足時微生物總是會繁盛的觀點。
研究結果還揭示了海洋生態系統中一個長期存在的謎團：SAR11 種群在浮游植物生長的後期往往會減少。這是水中有機物含量上升的時候。
“我們很早就知道這些生物體對於後期浮游植物的繁殖並不理想，”思拉什說。 “我們現在對開花期後期與新溶解的有機物的增加如何相關有了一個解釋。這會干擾這些生物，使它們的競爭力下降。”
對氣候變化和海洋健康的影響
這項研究對於了解海洋生態系統如何應對氣候變化具有重要意義。 SAR11 細菌在海洋碳循環中發揮著關鍵作用。它們有助於控制碳在海洋食物網中的移動方式。隨著海洋條件變得不穩定，對熱量和營養物質輸入的突然敏感性可能會改變微生物群落的平衡。
“這項工作強調了環境變化可能影響海洋生態系統的新方式。這不僅僅是資源限制，而且還影響宿主微生物的內部生理機能，”程說。他補充道：具有更大監管靈活性的生物體可能會獲得優勢。
研究人員計劃集中精力識別這些破壞背後的分子過程。更清楚地了解 SAR11 的工作原理至關重要。考慮到這些細菌在世界海洋中的分佈範圍和影響力，
教育性的
除了 Cheng 和 Thrash 之外，該研究團隊還包括南加州大學多恩西夫分校的 Brittany Bennett、Pratixa Savalia、Hasti Asrari、Carmen Biel 和 Kate Evans，以及加州大學聖地亞哥分校的 Rui Tang。
這項工作得到了西蒙斯基金會海洋微生物生態學和進化獎早期職業研究者獎和西蒙斯基金會水生微生物生態學獎研究者的支持。
