Как и ожидалось, разные фотоавтотрофы доминировали в прибрежном и открытом океане. Напротив, многие другие группы гетеротрофных бактерий были общими для обеих сред обитания. В исследовании «Транскрипционные сети микробного сообщества сохраняются в трех областях в масштабе океанического бассейна», опубликованном на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи отслеживали, когда в течение дня эти микробы включаются и выключаются. гены, регулирующие ключевые метаболические процессы (называемые «паттернами транскрипции»). Бактериальные группы, общие для обеих экосистем, демонстрировали одни и те же образцы транскрипции и суточные ритмы — как если бы каждая группа выполняла предписанную роль в определенное время каждый день, даже если эти сообщества разделены тысячами миль.
«Наша работа предполагает, что эти микробные сообщества в целом ведут себя одинаково во всех океанских бассейнах и что конкретные биологические взаимодействия между этими группами широко распространены в природе», — сказал Фрэнк Эйлвард, научный сотрудник Центра микробной океанографии: исследования и образование. (C-MORE) и ведущий автор исследования.
Изучение микробных сообществ в дикой природе
В исследовании использовался роботизированный пробоотборник, процессор проб окружающей среды (ESP), недавно разработанный соавтором Крисом Шолином и его коллегами из Исследовательского института аквариума Монтерей-Бей.
Управляя теми же океанскими течениями, что и микробы, ESP уникально оборудован для сбора этих микробов каждые несколько часов, так что исследователи могут точно измерять, когда разные гены включаются или выключаются для многих разных видов одновременно. Используя современные геномные технологии «следующего поколения», Эйлвард и его коллеги смогли оценить суточные циклы экспрессии генов в микробных сообществах в дикой природе.
Обычно микробы из прибрежных (Калифорнийское побережье) и открытого океана (субтропический круговорот в северной части Тихого океана) считались совершенно разными сообществами, сформированными очень разными условиями окружающей среды. Воды возле Гавая?Например, я испытываю высокий уровень солнечного света и теплые температуры круглый год, в то время как прибрежные воды Калифорнии более холодные и подвергаются заметным сезонным изменениям.
Результаты указывают на порядок в океане
«Однако удивительно, что наша работа показывает, что эти чрезвычайно разные экосистемы демонстрируют очень похожие циклы diel, обусловленные, в основном, солнечным светом и межвидовыми микробными взаимодействиями», — сказал Эйлвард. «Это предполагает, что разные микробные сообщества в Тихом океане и, вероятно, воды во всем планеты, ведут себя гораздо более упорядоченно, чем предполагалось ранее ",
«В океане гораздо больше порядка, чем мы думали ранее, в огромных пространственных масштабах», — заметил Эдвард Делонг, профессор океанографии Университета Маноа и старший автор статьи. "Каждый день, когда солнечный свет попадает в воду, происходит очень хорошо организованный каскад видов деятельности, при которых каждый микроб подключается в очень точное время, каждый день. Такая предсказуемая закономерность может позволить нам лучше предсказать конкретное время превращений вещества и энергии, которые ежедневно катализируются микробами."
Из-за больших объемов углекислого газа, поглощаемого микробами в океанах, эта работа имеет важное значение для понимания факторов, которые формируют крупномасштабный круговорот углерода в биосфере. Поскольку взаимодействия между группами микробов, казалось, сохраняются между средами, эта работа также имеет значение для понимания фундаментальных закономерностей того, как деятельность микроскопической жизни приводит к явлениям на уровне экосистемы в гораздо более крупных масштабах.
Вместе со своими сотрудниками в недавно созданной инициативе UH под названием Simons Collaboration on Ocean Processes and Ecology (SCOPE), команда надеется достичь более точного разрешения выборки в пространстве и времени с помощью усовершенствованных роботизированных устройств для отбора проб, которые в настоящее время разрабатываются в заливе Монтерей. Научно-исследовательский институт аквариума.
Это поможет более точно определить, как микробы взаимодействуют друг с другом в морской воде и как они реагируют на воздействие окружающей среды.