研究发现海洋微生物如大城市上班族[2P]

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英国科学日报报道，想象一下开放的海洋是一个微生物的大城市，充满了小至无法看见的生命。在每一滴水里都可以发现上百种不同类型的细菌。现在科学家们发现这些海洋微生物群落有自己的日循环，与那些生活在熙熙攘攘大都市的居民并无太大差异，醒来、乘车上班、工作、吃饭，日复一日。

海洋浮游微生物的扫描电子显微照片

此外，这其中涉及的不仅仅只有太阳。据称光合自养生物——也即需要太阳能量帮助它们利用无机物质进行光合作用产生食物——能够利用太阳进行规律性活动。但在7月11日的期刊《科学》上发表的最新研究里，工作在Station ALOHA——美国夏威夷欧胡岛北部100千米的深海研究地点——的研究人员观察到不同的自由生活的异养细菌物种会在略微不同的时间启动昼夜循环基因，这暗示着每一天微生物群落都会发生一波转录活动。

“我想说它们都处于和谐状态，” 带领这项发现的美国麻省理工学院小组负责人、美国夏威夷大学马诺分校的海洋学教授爱德华·F·德隆（Edward F. DeLong）这样说道。“对于任何一个特定物种而言，特定新陈代谢通道的基因记录会在每天同一时间打开，这暗示了某种暂时的划分，”德隆说道，他是夏威夷大学在夏威夷创新计划赞助下的第一名科学家。“这是与生物学和生物地球化学相关的一项新结果。”

这项观测利用了高级微生物群落RNA测序技术，后者使得一次对多个物种的整个基因组测序变为可能。这项研究是由美国蒙特利湾水族馆研究所和德隆的研究小组合作进行的，他们使用了空间自由漂浮机器人环境样品处理器（ESP）作为位于Station ALOHA的生物海洋学中心：研究与教育（C-MORE）研究巡航的一部分。ESP位于微生物所处的同一海洋气流里，这使得它能够获得对微生物群落动态性的高频率时间分辨分析所需的样本。

科学家所观测到的比较有趣：不同的细菌物种会在不同但始终如一的循环里表达不同类型的基因，例如开启夜间重建收集太阳能所需的修复性基因，然后增加不同基因活动以建造新的蛋白质。“这种规律性和单个微生物活动的定时有点类似小时工日复一日的轮班。”德隆说道。

不同海洋微生物物种基因协调性的定时开启可能对海洋能量转化有着重要的启示意义。海洋微生物与海洋健康和产量密切相关，协调这种周期性的机制仍有待确定。

那你是否可以根据这种活动控制微生物的“轮班”？德隆认为是可以的，但问题在于你是在实验室还是海洋追踪这种细菌。例如，Station ALOHA23米深处的最大光照强度是之前在实验室环境里使用的光照条件的两倍，这对微生物活动和日循环会产生影响。这便是为什么在真正开放的海洋环境里进行研究非常重要。

这项研究部分是由美国国家科学基金会和戈登和贝蒂穆尔基金会资助的。2013年穆尔基金会国家海洋微生物启动计划为德隆和美国夏威夷大学马诺分校的大卫·卡尔（David Karl）教授提供了420万美元的资助，以探索海洋食物网底部的几万亿微观有机物是如何与彼此以及周围环境发生相互作用的。

德隆将在穆尔基金会的资助下继续进行这项开创性原地海洋研究，同时作为新的海洋过程与生态西蒙斯合作（SCOPE）的共同主任，这个长达五年耗资4000万美元的合作是夏威夷大学历史上获得的最大资助。“有关生物体是如何相互作用方面仍有很多基本规律需要学习，这些规律使得这个系统作为一个整体能够更好更有效的工作。这只是我们在SCOPE里需要了解的一方面，这些发现将对各个领域都有巨大的应用意义。”