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协作和空间自组织决定了海洋细菌对颗粒有机物降解的速率和效率

 

来源:PNAS                                                   发表时间:2019年11月12日

 

       微生物对颗粒有机物(POM)的降解过程是全球碳循环的重要组成部分。多糖是一种常见的颗粒有机物,它能够作为一种"公共资源"引发细菌的社会行为。在水环境中,大多数多糖以约10-1000微米直径的颗粒形式存在,它们可以作为能源物质被分泌水解酶的细菌吸收利用掉。此外,这些颗粒不仅为细菌提供了可以附着的表面,还提供了一个细菌之间可以相互接触协作的舞台。尽管大多数的研究表明这种类型的细菌相互作用能够在实验室和自然界发生,但是关于在海洋环境中这种细菌相互作用发生的条件还不清楚。最近,由加州大学的研究人员揭示了在海洋环境中微生物如何通过相互协作来降解较难降解的多糖颗粒。相关研究发表在《美国科学院院刊》(PNAS)杂志上。

       在多糖颗粒表面相互作用的细菌受到多糖颗粒解聚作用的影响。如果细菌之间在多糖颗粒表面上相隔太远,那么大多数的多糖将因解聚作用扩散到环境中去。相反,如果细菌在多糖颗粒表面的数量太多,那么意味着公共资源是有限的,这时细菌之间将出现协同性。如果协同性足够强,那么会有一个临界细菌浓度(浓度阈值)。临界细菌浓度应当低于剩余多糖不足以支撑细菌生长时的细菌浓度。

Physiological traits predict the population-density dependence of growth on chitin particles by psych6C06 in a diffusive environment.
Credit: PNAS

       为了研究POM表面细菌相互作用和空间行为在生态过程中的影响,研究人员开发了一个计算-实验模型系统。结合实验和模型来研究POM的解聚速率和吸收效率。POM解聚速率和吸收效率是两个主要的生态系统功能参数。研究发现细菌的协同性对降解复杂有机材料非常重要。细菌的协同性能够保证对难降解颗粒的吸收效率最大化,从而获得足够的资源和能量以维持种群的规模和增长,而与细菌协作性浓度阈值的出现与颗粒水解速率改变相关。该研究的意义在于打破了以往认为多糖颗粒降解主要由非生物因素主导的观念,强调了海洋微生物在POM降解过程中具有重要作用。

 

 

全文链接:Cooperation and spatial self-organization determine rate and efficiency of particulate organic matter degradation in marine bacteria

编译:刘晓琳