Mikrobų bendruomenės rodo didelę apyvartą

Gary Yourofsky - The Excuses Speech, 2014 (Birželis 2019).

Anonim

Kai Markas Tvenas garsiai sakė: "Jei jums nepatinka oras Naujojoje Anglijoje, tiesiog palaukite keletą minučių", jis tikriausiai nesitikėjo, kad MIT mokslininkai taikytų savo pastabą dėl jų mikrobų tyrimų. Tačiau naujasis tyrimas tai daro.

MIT komanda, naudodama vandens mėginius iš Naujosios Anglijos pakrantės, nustatė, kad mikrobinės bendruomenės gali susidaryti, nepaisant sparčiai besikeičiančių sąlygų pakrančių aplinkoje. Biologinės bendruomenės paprastai apibrėžiamos kaip organizmų, gyvenančių ir sąveikaujančių tam tikroje vietovėje, grupė, vykdanti svarbias ekologines funkcijas, pavyzdžiui, visus miško organizmus. Tačiau vandenyne vanduo nuolat kinta, todėl sunku atsakyti į klausimą, kas sudaro bendruomenę.

MIT tyrėjai, naudodami naujus analitinius metodus, rodo, kad sąveikaujančių mikrobų bendruomenės yra trumpalaikės. Tik po kelių dienų jos pasiekia didžiausią gausą, o vėliau jas pakeičia kita bendruomenė. Po miško analogiškumo įsivaizduokite, kad sugrįžtate po savaitės ir ieškokite visiškai skirtingų augalų ir gyvūnų rūšių, užimančių tą patį plotą.

Ši sparti apyvarta nukentėjo mokslininkams taip pat, kaip ir Tveno citata: "Gera žinia gali būti ta, kad jei jums nepatinka mikrobų bendruomenė, tiesiog palaukite keletą dienų", - jie pasmerki savo knygos, paskelbtos " Nature Communications".

"Mes žinome palyginti mažai apie tai, kaip mikrobų bendruomenės - mikrobų rinkinys vandenynuose keičiasi laikui bėgant ir erdvėje", - teigia MIT civilinės ir aplinkosaugos inžinerijos profesorius (CEE) Martinas Polzas ir atitinkamas autorius. "Žmonės išvyko ir paėmė pavyzdžius įvairiose vietose, taigi mes sužinome daugiau apie pasaulinę įvairovę, bet kai keliaujate į konkrečią vietą ir paklauskite:" Kaip tai keičiasi laikui bėgant? " mes iš tikrųjų žinoime palyginti mažai ".

Norėdami užpildyti šią negaliojančią medžiagą, Polz ir tyrinėtoja per trijų mėnesių laikotarpį surinko kasdieninius vandenyno mėginius iš Canoe Cove Nahant, Massachusetts.

Kartu mokslininkai, įskaitant absolventų Brian Cleary iš Plataus instituto ir MIT skaičiavimo ir sistemų biologijos programą; buvęs CEE postdoc Antonio Martin-Platero; CEE postdoc Kathryn Kauffman; buvusi CEE postdoc Sarah Preheim; Ericas Almas, civilinės ir aplinkos inžinerijos bei biologinės inžinerijos profesorius; Polz; ir Dennis McGillicuddy iš Woods Hole okeanografijos instituto ištyrė mėginius.

Analizėje tyrėjai atsižvelgė į vandens judėjimo teminius ir erdvinius aspektus, pvz., Nuo vandenynų srovių. Tyrimas buvo atliktas tarp vasaros ir rudens sezonų ir, priešingai nei tikimasi, komanda nustatė, kad bendruomenės formavimas nebūtinai pasikeičia dėl sezoninių perėjimų, o greičiau seka kiekvieną dieną. Tai nereiškia, kad sezoniniai pokyčiai neturi įtakos bendrijų formavimui.

"Vien tik temperatūra yra labai svarbus bendruomenių struktūrizavimo veiksnys, bet nepakanka, kad kartą per sezoną galėtų sekti ir sekti, kas jau vyksta sezono metu", - sako Polzas. "Bendruomenės apyvarta yra daug greitesnė, o tai rodo, kad ekologinės sąlygos keičiasi vienodai greitai, nes organizmai reaguoja į fizinius ir cheminius pokyčius."

Kad konkrečių mikrobų gausa bendruomenėje labai smarkiai sumažėja po kelių dienų, tai rodo, kad jie gali konkuruoti su kitais mikrobais, kad išgyventų išteklius. Tai rodo, kad nors chemija ir fizika reglamentuoja bendruomenės apyvartą, bendruomenės biologinė sąveika sukelia dar spartesnius rūšių įvairovės svyravimus.

"Mes manome, kad (greitus bendruomenės pokyčius) iš esmės lemia vandenynų fizika. Mes išanalizavome cheminius ir fizikinius duomenis, o kai kuriems iš šių įvykių galėtume nustatyti būdingą upwelling laikotarpį, kai maistinių medžiagų gausu vandeniu transportuojama į paviršių ir skatinama tam tikras mikrobų rinkinys ", - sako Polzas. "Mes taip pat pažvelgėme į palydovinius duomenis, kuriuose išmatuojamos temperatūros ir chlorofilo, o mes pastebėjome, kad vandenynuose besikeičiančios savybės atitinka šias bendruomenes. Fizika iš tiesų nustato cheminių ir temperatūrinių režimų, kurie sukelia šių bendruomenių žydėjimą, bet tikriausiai ir fiziniai pokyčiai Kadangi vanduo nuolat juda, skirtingi vandens telkiniai sumaišomi ir formuojasi kiti vietiniai ypatumai ".

Bendradarbiaudama su Alma ir jo laboratorija, mokslininkai taip pat sukūrė naują algoritmą, kuris analizuoja mėginius ir seka genus, kad būtų galima geriau suprasti mikrobų bendruomenių modelius ir elgseną. Naudodamiesi algoritmu, paaiškina Cleary, mokslininkai ieškojo mikrobų tarpusavio santykių, pagrįstų, kaip jie svyruoja visą laiko eilutę.

"Aplinkoje esama mikrobų, bet mes akivaizdžiai tiesiogiai nesilaiko nei kooperacinės, nei konkurencingos sąveikos tarp porų (mikrobų), ir mes tiesiogiai nesimatome žemo dažnio pokyčių, kurie gali atitikti maistinių medžiagų režimą, "sako Cleary. "Naudodamiesi mūsų algoritmu, mes galime įvardyti visą bendruomenės struktūrą iš šių svyravimų skirtinguose dažnių lygiuose."

Mokslininkų išvados taip pat leidžia suvokti, kokiomis aplinkybėmis mikrobinio planktono apyvartoje susidaro daugiau nuolatinių organizmų. Išsamus supratimas apie mikrobų elgesį vandenyne gali informuoti žmonių sveikatą, žuvininkystę ir akvakultūrą, ypač stebint vandens kokybę.

"Šis dokumentas yra žymus mūsų žinias apie jėgas, kurios padeda bendruomenei surasti sklandžią aplinką, ir pateikia daugybę naujos informacijos, kuria remiamos naujos hipotezės pagrįstos konkrečių mechanizmų, kuriais grindžiama ši sudėtinga asociacija, tyrimai", - sako Jackas Gilbertas, Čikagos universiteto Mikrobiologijos centro fakulteto direktorius, kuris nedalyvavo šiame darbe.

menu
menu