当食物匮乏时，海洋微生物巧妙地组队收集食物

当食物少的时候，饥饿的海洋微生物该怎么办?它必须捕捉营养物质——氮、磷或铁——才能生存，但在广阔的海洋中，营养物质极其稀缺。本周，《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)报道了一个巧妙的解决方案。

　　

当食物少的时候，饥饿的海洋微生物该怎么办?它必须捕捉营养物质——氮、磷或铁——才能生存，但在广阔的海洋中，营养物质极其稀缺。而且风险很高:海洋微生物群落驱动着许多维持地球上所有生命的元素循环。

本周，《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)报道了一个巧妙的解决方案。在低营养环境中，海洋微生物可以聚集在一起，并与更小的细胞相连，这些细胞表面有振动的毛发状附属物(纤毛)。跳动的纤毛产生的微电流可以在微生物能到达的范围内吸引多达10倍的营养物质，从而通过合作提供一顿饭。

普罗维登斯学院(Providence College)和伍兹霍尔海洋生物实验室(Woods Hole Marine Biological Laboratory, MBL)的高级通讯作者约翰·h·科斯特洛(John H. Costello)说，即使海洋非常动荡，微生物也能在劳动分工中联合起来。

科斯特洛说:“除了最极端的混合，在所有条件下，这些微生物细胞都生活在比海洋混合造成的涡流还要小的流体空间中。”“在它们的世界里，周围的流体总是粘性的，它们不会像人类那样感受到湍流的涡流。”

该团队使用了一种叫做粒子图像测速(PIV)的技术，来测量海洋光合硅藻(Coscinodiscus wailesii)周围流体流动的方向和大小。这种硅藻有或没有附着的纤毛虫“伙伴”，coscinodisci假涡菌。他们发现，纤毛跳动产生的流体流动可以增加流向硅藻细胞表面的营养通量，比单独流向硅藻的通量大4-10倍。

这种协作解决方案是微生物在低营养环境中生存的一种方式。另一种已知的单个细胞的策略是下沉到更深的地方，这就产生了细胞和周围水之间的相对运动，增加了细胞接触到更高营养浓度的环境。

“在低营养条件下，下沉可能会很有效，因为混合会使细胞从深处回流到阳光照射层，”科斯特洛说。“这样一来，硅藻沉入海底的风险就可以被重新回到强光环境的可能性所抵消。”但在低混合条件下，与纤毛虫形成菌群可能是一个更有利的解决低营养可利用性的方法。”

硅藻是去除大气中二氧化碳的单细胞光合作用最重要的一类。因此，这项研究有助于阐明海洋-大气交换对于理解气候变化越来越重要。

科斯特洛说:“我们已经描述了一种协作解决方案——联盟形成——它在微观尺度上进化，使这种大型硅藻物种能够成功地在低营养水域中生存，否则会限制它的成功。”

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