文摘
每个生物都需要食物,也称为营养素。在自然界中,生物通过食物网相连。食物网向我们展示如何通过饲养动物和植物相关的关系,像鸟儿吃鱼。但营养怎么返回到食物网?答案是细菌!细菌用肉眼无法看到。但是,他们发现几乎在世界各地和内回收的营养是非常重要的栖息地,像一条河。科学家们用细菌的DNA来找出哪些细菌物种存在和如何将这些不同种类的细菌在回收养分。知道哪些物种存在帮助科学家使用细菌监测河流栖息地的变化。这些变化可能包括大量的可供大型动物的食物。 Bacteria are considered to be the base, or foundation, of the food web, and paying attention to early changes in bacteria may allow us to prevent more extreme changes from causing problems later on for larger creatures.
你可曾想过住在这条河吗?
当然,我们可以想象大型动物喜欢吃鱼在河里游泳,但是你有没有想过还活的微生物,如细菌吗?和细菌在河里干什么呢?
细菌很小,单细胞生物中发现各大洲和几乎每一个栖息地,从河流和海洋土壤和山脉。细菌甚至其他动物生活在里面,就像我们人类。大多数细菌都比人类头发的宽度小,我们用显微镜来帮助我们看到自己的细节。一旦我们可以看到它们,很明显,有许多形状和大小(微观范围内),细菌,甚至在一个如河流栖息地。有些细菌(称为“球菌”),有些是形状像棍子(称为“棒”),和一些螺旋形(称为“螺旋体”)。你可以看到这些细菌形状的例子图1。每一个物种的细菌是独一无二的,就像人类不同于其他动物。有些细菌在显微镜下看起来非常相似,但实际上是不同的种类。
- 图1——这些都是细菌的不同形状和大小与人类头发的宽度。
- 单位“微米”和“μm”明显是一个非常小的测量长度,1/10,000一厘米。
为什么任何人都关心细菌?
对许多人来说,“细菌”这个词让我想起细菌和疾病的图片。但许多细菌物种,包括大部分的河流栖息地,对人体是无害的。细菌是非常重要,因为它们有助于营养(食物)周期在许多栖息地。因为他们存在于每一个栖息地,细菌是有用的栖息地的健康指标。一般来说,栖息地的健康取决于有机体生活在那里可以生存。就像人类需要水,食物和维生素增长,所有其他生物同样需要这些东西。和细菌有重要的角色在改变着复杂的化学物质有机物质为其他植物和动物食用形式。有机物的分解生物像死去的植物和动物组织。有机物质是非常重要的,因为它是一个食品和能源来源在河流或其他生物的栖息地。当细菌分解有机物在河里,他们帮助燃料水生食物网。
水生食物网是有助于了解食品的生产者和消费者的方式连接;你可以看到一个食物链的一个例子图2。在一条河,鸟吃鱼,鱼吃昆虫。这些昆虫吃植物和其他小昆虫。和那些小昆虫吃植物和细菌。底部的食物链,细菌循环刷新从土壤的有机质或死亡的植物和动物,把它回食物网。细菌食物网是非常重要的,因为他们把有机物,其他生物不能吃到食用的食物。一些生物可能也吃细菌直接。在这些方面,细菌有助于弥补水生食物链的基础。你可以想象,如果没有细菌和其他的分解者,食物网的有机物会建立。最终,生物食物链更高会很少的食物。
- 图2 -这是一个例子的一个水生食物网。
- 细菌中可以看到底部的红盒子。细菌(和其他的分解者,像蠕虫)分解和回收养分回到栖息地,浅蓝色箭头所示。没有细菌,其余的食物链就会饿死,因为动物不会有足够的营养更高的食物网。暗橙色箭头表明一些动物消耗食物网中的其他人。例如,龙虾可能被人类吃掉。黑暗中蓝色箭头表示一个完整的食物链,从消费的藻类“水跳蚤”水蚤,被小鱼,被更大的鱼,这是最后被大蓝鹭。[图像(修订)提供由密苏里州保护的部门。)
因为他们是如此重要的营养食物链的循环底部,细菌可以有利于指示生境的健康。科学家们发现,这些细菌社区内栖息地变化作出快速反应,比如水温度变化或改变大量的有机物质在河里(1]。这些变化可能带来重要影响更大的动物,如鸟类和鱼类。某些变化可以帮助一些物种为了生存,但他们也可能使其他物种的生活困难。但是,时间的变化影响更大的动物,栖息地可能已经改变了一个危险的水平。在河里,这些变化可能是温暖的水温或增加有机质的数量。不寻常的水温变化可能对一些有害细菌。改变他们的生活条件可能产生问题的细菌提供食品和营养,其他动物的栖息地。如果没有足够的食物大型动物的河,可以有其他问题。这些问题可以提前预测,使用健康的细菌作为衡量栖息地的健康。的类型和数量的细菌可以帮助科学家警告监控可能的小生境的变化,在未来,有一个更大的对栖息地的影响。
科学家们知道有多少细菌种类在一条河吗?
科学家们发现,一茶匙的河水可以拥有数以百万计的细菌(2]!但是很难在任何栖息地计数细菌的确切数字。科学家可以估计不同的物种。科学家也能描述这些生物体根据他们如何生存,或者他们的生活方式。
每个细菌物种是独一无二的,不同的物种有不同的就业机会回收有机物河流栖息地。细菌物种可以独特的方式看,他们在河里游泳,或者生活。例如,一些细菌附着于颗粒在河里的水。manbetxapp在线登录这些粒子通常是manbetxapp在线登录小块的粘土、沙子、或死亡的植物材料,使河流浑浊或看起来很脏。但粒子可以细菌依附manbetxapp在线登录的好地方,以及食物来源。细菌粒子被称为“particle-manbetxapp在线登录attached”细菌。其他类型的细菌漂移或游泳在河里的水。他们被称为“游离”细菌。我们的团队很好奇看看细菌通过这两种不同的生活方式,particle-attached独立生存的,有不同的工作或角色在养分循环在河里。我们检查了不同种类的细菌生活在哥伦比亚河河口(河口的下部河流,河水和海洋潮汐和混合)在美国西北太平洋地区和附近的太平洋。
科学家们找到Particle-Attached的角色和浮游细菌之间的差异在河里?
是的,particle-attached和浮游细菌有不同的生活方式,他们以不同的方式促进水生食物网。更高的particle-attached细菌数量在阴暗的,脏兮兮的水(3]。这是有道理的,因为黑暗的水有更多的颗粒和细菌把更多的地方。manbetxapp在线登录所以,水与颗粒似乎总又脏,但它是manbetxapp在线登录细菌与重要的工作。我们的团队还发现,在清晰的水粒子,浮游细菌更普遍。manbetxapp在线登录因此,细菌的不同水生栖息地选择不同的生活方式,和营养循环发生在这两个地方!
理解这些不同的生活方式,我们可以比较不同河流的生活方式的细菌人在船上或船。就像一艘船,细菌可以坐落在粒子表面紧密合作。粒子,不同种类的细菌相互靠近,可以执行不同的工作。像在船上的厨房,一个厨师可能是切胡萝卜,而另一个厨师正在加入最后香料炖。就像这些厨师,一些细菌种类寻找有机物质并将其转换成另一个有机体可以吃的东西。我们可以想象细菌粒子做类似活动。细菌是挑剔,只吃一些非常特殊的营养物质。其他细菌不能分解食物越复杂。相反,他们必须找到简单、即食食品从河里的水。其他细菌并不太在意,将消耗任何他们能找到的。 After consuming organic matter, the bacteria (and maybe even the particle where they live!) are often eaten by larger, but still microscopic, organisms.
我们知道,细菌是重要的栖息地,但他们与我们的肉眼是很难看到的。了解细菌能做什么,我们的团队研究了这些细菌的基因。我们发现particle-attached也似乎有大量的细菌基因,或者说明生活,而独立生存的细菌。我们研究了不同类型的细菌基因如何更好地理解细菌生活在河里。例如,particle-attached细菌有更多的基因用来分解和消耗小,光合生物(称为“浮游植物”)比浮游细菌(4]。这意味着有更多的指令告诉particle-attached细菌如何回收死去的浮游植物。这是有道理的,因为我们找到更多particle-attached细菌的地方大量的有机质和更多的颗粒,这两个可以来自死亡浮游植物。manbetxapp在线登录然而,particle-attached细菌不是一样在清水是独立生存的细菌。所以,看来particle-attached细菌对有机物回收很重要在黑暗的河流栖息地。它也出现在水上浮游细菌对营养循环很重要河流的栖息地。根据这些信息,我们更了解如何用不同的生活方式和细菌导致河流水生食物网。所以,如果将来我们看到一些意想不到的改变细菌物种生活在模糊或清晰的河水,这可以告诉我们,河流栖息地的改变,甚至在鸟类和鱼类的食物网是受变化的影响。
但是我们如何判断细菌物种的栖息地正在改变吗?
当我们通过显微镜观察细菌的时候,我们只能看到细菌是什么样子的。看到形状的细菌可能有助于区分一种类型,但有许多不同类型的细菌在环境中扮演不同的角色,在显微镜下看起来非常相似。事实上,看着他们的形状告诉我们很少的物种,他们是什么或如何导致水生食物网。找出哪些物种细菌或什么工作执行在河里,我们检查它的DNA。DNA是一个代码,每个物种是一种指纹。DNA是由四个化学构建块,称为基地。DNA碱基缩写的字母A、T、G和c DNA构成基因,或说明每个生物体的结构和生活方式。我们可以阅读的DNA字母代码理解细菌基因。物种的基因信息给我们一种细菌,它可以在河里做什么。
我们的团队收集DNA从细菌附着在颗粒和独立生存的细菌。manbetxapp在线登录我们使用两个过滤器非常小的洞,堆叠在一起,单独的粒子和浮游细菌从河里的水。manbetxapp在线登录粒manbetxapp在线登录子很容易被过滤掉的水;你可以把水净化器用于清理。但在这种情况下,我们有兴趣在过滤器,不干净的水。记住,细菌虽小,但是水分子更小。所以particmanbetxapp在线登录le-attached细菌收集的粒子直径孔的第一个过滤器3μm(μm 1/10,000厘米)和浮游细菌收集第二过滤器,具有更小的孔(0.2μm)。我们使用这些过滤器捕捉细菌DNA提取和净化。提取和纯化的DNA包含打开细菌细胞壁和添加一系列的化学物质分离细菌细胞壁的DNA材料和其它细胞成分,如蛋白质。重要的是要记住,纯化的DNA实际上是一个混合的所有所有的不同种类的细菌的DNA中我们收集的水样本。
一旦我们混合纯细菌的DNA,我们的团队使用了一种叫做宏基因组,或水样中的所有DNA的研究,找出哪些细菌有在河里,他们在做什么。DNA是通过一个大型测序仪读取和记录每个样本的DNA编码。DNA编码比较已知列表的其他细菌物种的DNA。有部分的DNA并没有万博manbetxapp最新太大的改变在很长一段时间通过进化。这些被称为守恒的DNA区域。信(DNA碱基变化)在这些守恒的DNA区域帮助我们区分物种。这些DNA代码帮助我们了解哪些种类的细菌存在于水样,有点像细菌的考勤表。
DNA帮助我们确定哪些物种存在于水样本,但是它也帮助我们理解乔布斯细菌能够在它们的栖息地。细菌的DNA代码可以相比,说明书,帮助我们了解细菌能够做什么(5]。这些说明书告诉每个物种可以执行的工作,比如如何找到营养和各种消费。使用不同种类的营养需要不同的指令。例如,细菌,使食物从阳光(称为“光合细菌)有不同的指令编码到他们的DNA与其他细菌分解复杂的有机物,如木材或植物材料。了解回收营养所需的不同细菌的工作在一个栖息地正在帮助科学家了解重要的细菌是在水生食物网。
我们的团队想要了解水生细菌对环境的变化做出反应,尤其是在这些变化影响更大的动物在水生食物网,像鸟类和鱼类。我们的第一个科学团体利用宏基因组研究河细菌使用过滤器和不同大小的洞。我们团队的发现帮助科学家了解更多关于细菌物种的种类和不同的工作生活无拘束的和particle-attached细菌水生栖息地。了解细菌的食物网帮助科学家确定并可能防止水生栖息地环境变化的负面影响。如果在栖息地研究细菌可以帮助我们抓住环境变化早,希望这些食物网的变化将不太可能对其他生物产生长期的负面影响在水生栖息地。利用宏基因组,科学家可以做出更好的决策保持河流栖息地健康对人类使用,以及其他重要的生物像鱼和鸟。
利益冲突声明
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
原始的文章
↑西蒙,h . M。史密斯,m . W。,Herfort l . 2014。宏基因组见解粒子和它们相关的微生物群在沿海生态系统。manbetxapp在线登录前面。Microbiol 5:466。doi: 10.3389 / fmicb.2014.00466
引用
[1]↑Fortunato c。艾勒,。Herfort, L。Needoba, j。彼得森,t D。易碎的,公元前2013年。确定指标分类单元在空间和季节性沿海边缘梯度的哥伦比亚河。ISME j . 1899。doi: 10.1038 / ismej.2013.79
[2]↑马兰吉,R。鸟,d . f . 1995。海洋病毒丰度在水生系统:一个比较和新鲜的水。3月生态。掠夺。Ser。121年,217 - 226。doi: 10.3354 / meps121217
[3]↑易碎的,b . C。Baross, j。Simenstad, c . a . 1998。主导particle-attached细菌在哥伦比亚河河口,美国。水生活细胞。生态14日7 - 18。doi: 10.3354 / ame014007
[4]↑史密斯·m·W。艾伦,l . Z。艾伦,a E。Herfort, L。西蒙,h . m . 2013。对比基因独立生存的属性和particle-attached微生物组合在一个沿海生态系统。前面。Microbiol 4:120。doi: 10.3389 / fmicb.2013.00120
[5]↑马科维茨,v . M。伊万诺娃:N。Szeto E。印度,K。楚,K。Dalevi D。,等。2007。IMG / M:基因组的数据管理和分析系统。核酸36(1)号决议D534-D538。doi: 10.1093 / nar / gkm869