硅藻为细菌提供了一个有吸引力的栖息地
单细胞藻类是海洋细菌极具吸引力且多样化的栖息地。由奥尔登堡大学的微生物学家 Meinhard Simon 教授领导的一个研究小组现在首次展示了不同种类的细菌如何倾向于在北海常见的微观硅藻的不同部分定居。该团队在最新一期的《藻类学杂志》上展示了他们的研究结果，阐明了藻类和细菌之间复杂的相互作用，这些相互作用对于海洋环境中的物质循环和食物网至关重要。
硅藻是一种重要的浮游植物——主要是生活在世界海洋中的微观单细胞藻类。硅藻包裹在坚固的硅酸盐壳中，产生地球大气中约五分之一的氧气，还在光合作用期间将空气中的二氧化碳转化为生物质，比热带雨林吸收更多的二氧化碳，这就是为什么它们在地球上发挥关键作用的原因碳循环和气候。“硅藻与细菌密切相关，但人们对它们相互作用的许多方面知之甚少，”西蒙解释道。这位生物学家和他的团队现在已经仔细研究了这些对海洋生态学和生物化学至关重要的微观相互作用。
由 Simon 教授、Sara Billerbeck 博士和博士候选人 Tran Quoc Den 领导的奥尔登堡团队选择了一种常见的硅藻，称为Thalassiosira rotula，并使用各种显微镜方法对其细菌定殖进行了详细分析。来自马格德堡亥姆霍兹环境研究中心的 Thomas Neu 博士也参与了这项研究。
藻类表面的 3D 图像
使用荧光染料，研究人员能够证明这种藻类的表面显示出明显的微观生化变化。他们使用凝集素——与某些蛋白质-碳水化合物复合物非常特异性结合的复杂生化化合物——来标记藻类表面的不同区域，对它们进行染色，并在特殊显微镜的帮助下使它们以 3D 图像的形式可见。科学家们还发现，不同种类的细菌专门在藻类的不同区域定居。观察到的细菌主要属于玫瑰杆菌属和黄杆菌属菌株。
“硅藻的细胞表面在结构上惊人地多样化。我们没想到不同细菌物种的定植会如此精细地适应这种结构，”西蒙解释道。该团队还观察到某些细菌种类更常见于藻类表面的细毛或“线”上。“定植模式反映了不同细菌种类的高度多样化的代谢特性及其定植表面的能力，”西蒙总结该团队的发现时说。
这些结果也很有趣，因为它们提供了对硅藻微环境的洞察力。这种环境被称为“藻圈”，富含藻类细胞排出的有机物质。“先前的研究表明，藻类利用它来吸引某些细菌，这些细菌会产生对其生存至关重要的物质，例如维生素——类似于植物用花朵吸引蜜蜂的方式，”西蒙解释道。“基于这些新发现，未来的研究可以更详细地检查藻圈中不同细菌物种的精确功能，”他补充说。
目前的研究是作为跨区域合作研究中心 (CRC) 玫瑰杆菌属的一部分进行的，该中心由德国研究基金会 (DFG) 资助。在 CRC 成立的 13 年里，来自奥尔登堡、布伦瑞克、哥廷根和波恩的 60 多位研究人员对玫瑰杆菌属的细菌进行了研究。这些细菌存在于所有海洋环境中——从热带到极地海域，从表层到深海。研究人员发现了许多新菌株，并首次描述了该组代表与其他微生物的相互作用及其在全球海洋中的分布和功能生物地理学。总共有超过 250 篇发表的科学文章是基于在 CRC 玫瑰杆菌属的背景下进行的研究。