液壓是溪流和河流中微生物生命的關(guān)鍵驅(qū)動因素
在河流和河流中,細(xì)菌,藻類和其他微生物形成了緊密結(jié)合的社區(qū),為生態(tài)系統(tǒng)提供食物,驅(qū)動其生物多樣性并凈化其水。這些群落以多種形式存在,自由游動,聚集在一起,或作為附著在巖石和其他表面上的生物膜。研究小組首次表明,微生物暴露的湍流量決定了它們?nèi)郝涞男螒B(tài)。他們的研究結(jié)果發(fā)表在“ 自然微生物學(xué) ”雜志上,對河流健康,生物多樣性和水質(zhì)具有重要意義。
“在溪流中,生命能源有兩種貨幣:溶解有機碳和陽光。首先必須捕獲和轉(zhuǎn)化,以便能夠進入占據(jù)食物鏈更高層次的物種,”Tom Battin說。這項研究的資深作者。在自然界中,微生物群落開展這項重要工作。
翻轉(zhuǎn)開關(guān)
“經(jīng)過數(shù)十年的思考,這些微生物群落主要以自由漂浮細(xì)胞的形式存在,我們現(xiàn)在明白,溪流和河流中的大部分微生物都是以生物膜和聚集體的形式存在,”Battin說。雖然自由游泳社區(qū)在開放水域中最常見,但生物膜主要存在于湍流水中。聚合傾向于形成介于兩者之間的任何地方。
Battin實驗室的博士Robert Niederdorfer和該研究的第一作者,著手確定是什么促使社區(qū)采取特定的生活方式。隨機機會是否決定了哪種細(xì)菌種類,以及哪種生活方式會占上風(fēng)?或者,正如他們所假設(shè)的那樣,液壓作為湍流的水平,可以將生活方式從一種生活方式轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N生活方式?
為了找到答案,他從頭水溪流和下游的洪泛平原中提取了自由游動的細(xì)菌群落。然后,他在兩個實驗裝置中培養(yǎng)了兩個樣品,一個使用大型旋轉(zhuǎn)水箱來模擬大型河流及其洪泛平原中遇到的低湍流條件,另一個模擬湍流的高山溪流,通過連續(xù)向下傾斜的斜坡流水。
液壓系統(tǒng)勝過機會
無論最初提取微生物的位置如何,注入滾動罐中的微生物都形成聚集體,而其他微生物形成生物膜。但值得注意的是,生物膜和聚集體的分子分析表明,這些物種組成差異很大,即使它們是使用相同的初始細(xì)菌群落生長的。“社區(qū)成分獨立于源頭轉(zhuǎn)移,但根據(jù)其微生物生活方式,這意味著液壓技術(shù)是一種比隨機過程更強大的驅(qū)動力,”Battin說。
該研究的共同作者Hannes Peter利用生物信息學(xué)揭示,分化過程是由關(guān)鍵的微生物物種驅(qū)動的,這些物種特別適合各種湍流環(huán)境。例如,在存在表面的高湍流環(huán)境中,良好的生物膜形成物占優(yōu)勢,并繼續(xù)形成其他種類的微生物鎖定的群落的主干。
該研究的結(jié)果對促進溪流生態(tài)系統(tǒng)健康具有直接影響。“增加溪流和河流的水力變化,促進微生物的生命和多樣性!” 巴丁說。此外,它還提出了為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計生物膜的方法。“分化為不同的生活方式不是隨機的而是確定性的這一事實意味著有一天我們可能能夠使用液壓技術(shù)來設(shè)計生物膜及其社區(qū)以在工業(yè)系統(tǒng)中執(zhí)行某些任務(wù)。當(dāng)然,我們還有很長的路要走。 ,“他總結(jié)道。
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