遠洋杆菌（SAR11）單細胞海洋細菌家族，是海洋中最常見的有機體。近日，“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編閱讀了一篇發表在美國微生物協會American Society for Microbiology旗下開放獲取期刊mSystems上的最新研究。該研究由馬克斯·普朗克海洋微生物學研究所等機構主導，作者包括揚·布魯厄爾（Jan Brüwer）、伯恩哈德·福克斯（Bernhard Fuchs）和魯道夫·阿曼（Rudolf Amann）等人。
這項研究顯示：有時候，我們所計算的並不一定就是最重要的。這項針對北海細菌細胞分裂數量的新研究挑戰了關於海洋微生物生命的一些傳統觀念。
海水中充滿了細菌，每升海水中有數十萬個細菌。然而，細菌數量的多少，並不一定代表一切。更重要的是它們的活躍程度和複製速度。
如果科學家想要了解細菌種群的生長速度，通常會測量它們的細胞數量隨時間的變化。然而，這種方法存在一個重大缺陷：它不能測量細菌的繁殖或死亡速度。然而，這些因素對於理解生態過程非常重要。因此，位於不來梅的馬克斯普朗克海洋微生物研究所的研究人員現在對德國灣的春季蓬勃生長過程進行了深入研究。他們挑戰了一些先前的觀念。
(注：German Bight（德國灣）是指北海東南部的一片淺海區域，位於德國沿海。它是北海的一部分，與荷蘭的沿海地區相鄰。德國灣的地理範圍大致包括了德國的弗裏斯蘭群島、沿海城市布倫斯布特爾、維廷和漢堡附近的地區。這個區域在海洋生態係統和海洋研究中具有重要意義，吸引了許多科學家進行各種研究和調查。)
馬克斯普朗克海洋微生物研究所的揚·布魯厄爾、伯恩哈德·福克斯和魯道夫·阿曼等研究人員通過多種方法調查了春季蓬勃生長期間細菌的生長情況：他們用顯微鏡不僅計算和鑒定了存在的細胞數量，還計算了正在分裂的細胞的頻率。通過這種方式，他們能夠計算出不同類型的細菌在其自然環境中的繁殖速度。
"我們使用現代顯微鏡方法在成千上萬幅圖像中可視化和計數分裂細胞，"作為博士論文的一部分進行這項研究的揚·布魯厄爾解釋道。"我們利用了分裂細胞必須將其複製的基因組分配給其子細胞的事實。因此，我們能夠根據細胞中的DNA分布清晰地識別這些細胞。"這使得研究人員能夠長時間內確定個別細菌群的生長速度。
研究組負責人伯恩哈德·福克斯表示："結果給我們帶來了一些驚喜。例如，我們發現海洋中最常見的細菌群SAR11的繁殖速度幾乎比預期快十倍。"此外，在許多情況下，測量得到的生長速度與相應細菌的豐度不符合。布魯厄爾解釋說："如果細菌經常分裂但不常見，這表明它們很可能成為捕食者或病毒的目標。"（小編注：說明被其他生物幹掉了）細菌繁殖的時機也令人驚訝：SAR11細菌在北海藻類大量繁殖之前經常發生分裂。它們從何處獲取所需的能量，至今還仍然是一個謎。
並非所有的細菌群體都像SAR11那樣表現出意外情況；對於其他群體，收集到的結果更符合研究人員的預期——在這種情況下，生長速度和細胞數量基本匹配。
迄今為止，人們認為SAR11細菌具有非常小的細胞，可以通過很少的營養物存活，不經常分裂，由於體積小，隻很少被捕食者捕食。相反，其他較大的細菌，例如擬杆菌類，被認為是受歡迎的食物，它們繁殖迅速，並在捕食者和病毒追蹤它們時迅速消失。但是，布魯厄爾和他的同事的新研究呈現了一個非常不同的畫麵。
布魯厄爾強調："我們的結果影響著我們對元素循環，尤其是海洋中的碳循環的理解。海洋中最常見的細菌群SAR11比以前認為的更活躍，繁殖速度更快。這可能意味著它們需要更少的營養物，是其他生物更受歡迎的食物來源。此外，細菌在藻類大量繁殖期間的總體周轉速度似乎比我們之前認為的更快。"
德國馬克斯普朗克海洋微生物研究所的所長魯道夫·阿曼強調："這項研究在方法上要求非常嚴格，同時也展示了我們可以從顯微鏡圖像中獲得多少信息。我為參與其中的研究人員的出色工作感到非常自豪，也很高興有機會與他們合作。取得的成果將引發許多關於春季蓬勃生長期和整個海洋生態關係的激動人心的討論。"
細菌類群的特征和重要性
SAR11細菌（Pelagibacterales, 中文常譯作遠洋杆菌）是一類自由生活的浮遊寡營養光合異養細菌，屬於Alphaproteobacteria綱。它們是海洋係統中最豐富的浮遊細胞群，可能也是世界上數量最多的細菌。在全球碳循環中，SAR11細菌起著重要作用，將來自初級生產的有機化合物氧化為二氧化碳。
SAR11細菌最早是由美國俄勒岡州立大學的Stephen Giovannoni教授及其同事於1990年在薩爾加索海發現的，因此得名SAR11。最初被歸類於Rickettsiales目，但在2013年基於rRNA基因的係統發育分析後，被提升為目的級別，成為Rickettsiales亞綱的姊妹目。它們與Rickettsiales目有最密切的親緣關係。
SAR11細菌為革蘭氏陰性杆菌，是自由生活細胞中最小的生物之一（<0.7微米），其細胞體積不到大腸杆菌體積的1/500。它們具有高的表麵積與體積比，以更好地從寡營養環境中吸收營養物質。由於適應了低營養和緩慢生長的環境，這些細菌在純培養條件下很難培養。因此，它們也被認為是自由生活細胞中基因組最小的細菌之一。DOE聯合基因組研究所已經測序了SAR11類群的基因組。研究發現，這些細菌形成了三個微型聚類，即在類群內部密切相關的細菌群。令人驚訝的是，與海洋中的SAR11細菌相比，淡水中的細菌基因組遺傳多樣性較低。此外，研究還發現這些細菌具有合成全部20種氨基酸和幾乎所有輔因子所需的完整生物合成途徑。目前尚未觀察到任何細胞中的假基因、內含子、轉座子或額外染色體元素。因此，SAR11細菌是基因組最高效的細菌目。
SAR11細菌的發現和研究，對於理解海洋生態係統和碳循環具有重要意義。由於其在海洋中的豐度和活躍度，它們對維持海洋生態平衡和全球生態係統功能發揮著關鍵作用。對SAR11細菌的深入研究有助於揭示它們在海洋環境中的生存適應機製以及對全球環境變化的響應。
來源：中國綠發會
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