Nature Microbiology ：微观海洋藻类怎样应对变化的海洋环境
2018/7/25 9:11:18 中科院海洋科技情报网

     人类活动正在全球范围内改变海洋：海水变暖，酸性更强，混合程度更低。减少海洋混合的一个可能结果是，海洋藻类附近的营养成分可能会变得更少。许多研究人员正在研究这些变化如何影响海洋微藻，海洋微藻为地球大气提供氧气并形成海洋食物网的基础。不同的藻类群体对海洋条件的变化有不同的反应，无论是季节性还是长期的反应。研究不同群体如何应对变化的海洋是了解海洋生态系统在数月至数十年间如何发生变化的关键。不幸的是，在开阔的海域研究特定类型的藻类在的反应是非常困难的，因为海洋条件总是波动的，藻类的存在类型也是如此。因此，科学家们已转向实验室研究。藻类生长迅速并且繁殖，但是随着消耗其周围水中的养分，它们的种群会减少。这意味着这样的实验不能在开阔海洋中真正复制。多年来，MBARI微生物学家Alexandra Worden和她的研究小组一直致力于使用称为“光生物反应器”的高科技孵化室稳态培养藻类。这些设备使研究人员能够在精确控制的光照，温度和营养水平下培养藻类。在这项研究中，科学家在磷酸盐—一种关键的藻类营养素保持在相对较低水平的条件下，种植了一种名为Micromonas commoda的小型浮游海藻。该实验模拟了一些开阔海域的情况，研究人员首先给藻类提供了大量的磷酸盐，使它们迅速生长。除去水中几乎所有的磷酸盐后，它们的磷酸盐浓度增加到足以使藻类保持活力。通过这种方式，研究人员能够以相对较低但恒定的磷酸盐浓度保持藻类生长数天。在实验过程中，研究人员抽取了小样本的藻类，并使用复杂的基因组技术来确定藻类中哪些基因在低磷酸盐和高磷酸盐条件下表达。他们还使用“蛋白质组学分析”来研究藻类在不同条件下产生的蛋白质类型的变化。正如Worden所解释的那样，“这些细胞非常小，我们不能通过显微镜观察，所以它们表达的基因和蛋白质可以从侧面反应其生长和压力。”蛋白质组学分析帮助了解营养物浓度的变化如何影响Micromonas进行光合作用的能力。以前的研究表明，营养不足可能会使明亮的阳光(海表面的阳光)破坏藻类细胞内的光合器官。但新的研究表明，Micromonas有能力保护自己免受这种损害。藻类显然使用了一组鲜为人知的蛋白质来实现这一目标，研究人员希望进一步研究这些蛋白质。同时研究人员发现，在磷酸盐供应有限的情况下生长后，Micromonas可以在遇到更高的磷酸盐浓度后24小时内迅速繁殖。这表明Micromonas可以从磷酸盐限制中快速恢复—可能比其他类型的藻类更快。这可能有助于Micromonas迅速适应周围环境的变化。研究人员指出，在磷酸盐限制条件下帮助藻类生长的一些蛋白质也有助于保护藻类免受光照水平的影响。这表明藻类对环境变化的反应过程可能比研究人员先前所怀疑的更为复杂。Worden实验室的研究人员正在深入这些实验，以研究海藻如何应对其他必需营养素(如氮)的变化。

     (于佳佳编译；王琳审校)

     (信息来自中科院海洋所《海洋科学快报》2018年第25期)

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