Nature窥探隐秘的生物世界

　　

生物通报道  小小的一杯海水也充满了丰富的生命，最近的研究揭示出了更多海洋中包含的生物（延伸阅读：五篇Science聚焦生物学最新前沿 ）。生活在世界各地海洋中的微生物重量超过了海里的所有鱼类，生成了地球上大约一半的氧气。

尽管海洋微生物生态对于从空气中吸收二氧化碳到调控主要渔业生产力等一切的事物都如此的至关重要，直到现在人们才开始去了解它。

在朝着认识这一隐秘的世界迈出的一步中，华盛顿大学的海洋学家发现了遍布世界海洋、结构复杂的单细胞藻类——硅藻（diatoms）会在一种细菌存在时以更快的速度生长，这一细菌释放了一种已知可让陆地植物受益的生长激素。这项发表在5月27日《自然》（Nature）杂志上的研究，利用一些遗传和分子工具发现了是什么控制了海洋的生态系统。

论文的共同作者、华盛顿大学海洋学教授Ginger Armbrust说：“这些非常小的生物正与它们的环境之间相互产生影响，它们也与其他的生物发生了相互作用。在我看来，为了了解未来生态系统的运作，我们需要去认识这些处于海洋食物链底端的生物是如何相互影响的。”

Armbrust的研究小组长期从事硅藻研究，这些显微藻类完成了地球五分之一的光合作用，超过所有陆地热带雨林的总和。实验室的成员在项目的一开始就检测了有哪些细菌存在于收集自北太平洋和大西洋5个地方的一种常见海岸硅藻——多列拟菱形藻(Pseudo-Nitzschia multiseries)的样本中。接下来，他们处理了水样本中所有细菌，发现硅藻也无法繁殖。

论文的共同作者、华盛顿大学前博士后研究员将5个样本共有的细菌一次一个添加回去。发现当以足够高的浓度添加一种叫做Sulfitobacter的细菌时会显著加速硅藻生长。

作者们证实这些细菌与硅藻交换物质，转而生成了生长素——一种众所周知由生活在陆地植物根部周围的微生物生成的激素。

Amin说：“这些微小生物之间的这种来回的物质交换，很像是两种生物体正在进行对话，最终生成了生长素。它是如此令人着迷，以致我们想知道在其他地方是否也可以看到这种行为。”

接下来，研究人员奔向海洋并采用了一些高科技的工具。在证实了实验室中发生的事情之后，他们收集了其他的海洋样本，发现了相同的生长激素。随后他们利用一些新的遗传技术检测了海洋微生物的活动——海洋微生物出了名的难于人工饲养，它们无法在从海洋到实验室的过渡中存活下来。相同的互作正在发生，尤其是在沿海岸，他们在不能被转移至实验室的一些不同的生物体之间也发现了这种相互作用。

立即了解Pall的Sentino微生物检测产品

Armbrust 说：“我们只是在这一领域的一个地方认识到了，海洋微生物之间或许存在一些非常特异的互作。不要问我在那里有多少类似的相互作用，我不知道。我只可以想象有很多很多。我们抓住了其中的一个。”

她预测，更多这样的互作将帮助解释海洋水域是如何变得或是维持丰富多产的，或不断变化的气候下海洋食物链的底端可能如何转变。

Armbrust说：“在医学界中开发了许多高性能的工具来检测单细胞的功能，现在我们可以将它们应用于海洋，我们正在开始拉开大幕，看看这一隐秘的世界是如何运作的。”

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Interaction and signalling between a cosmopolitan phytoplankton and associated bacteria

Interactions between primary producers and bacteria impact the physiology of both partners, alter the chemistry of their environment, and shape ecosystem diversity1, 2. In marine ecosystems, these interactions are difficult to study partly because the major photosynthetic organisms are microscopic, unicellular phytoplankton3. Coastal phytoplankton communities are dominated by diatoms, which generate approximately 40% of marine primary production and form the base of many marine food webs4. Diatoms co-occur with specific bacterial taxa3, but the mechanisms of potential interactions are mostly unknown. Here we tease apart a bacterial consortium associated with a globally distributed diatom and find that a Sulfitobacter species promotes diatom cell division via secretion of the hormone indole-3-acetic acid, synthesized by the bacterium using both diatom-secreted and endogenous tryptophan. Indole-3-acetic acid and tryptophan serve as signalling molecules that are part of a complex exchange of nutrients, including diatom-excreted organosulfur molecules and bacterial-excreted ammonia. The potential prevalence of this mode of signalling in the oceans is corroborated by metabolite and metatranscriptome analyses that show widespread indole-3-acetic acid production by Sulfitobacter-related bacteria, particularly in coastal environments. Our study expands on the emerging recognition that marine microbial communities are part of tightly connected networks by providing evidence that these interactions are mediated through production and exchange of infochemicals.