2017/12/21 [榮譽] 賀本院海洋所謝志豪教授與博士後研究員吳文學之研究成果榮登國際微生物生態學期刊《The ISME Journal》

環境選汰和擴散限制對海洋細菌和原生生物群聚構建具有不同程度的影響

吳文學,謝志豪

國立臺灣大學海洋研究所

海洋細菌和原生生物是海洋食物網中最基本且重要的組成成員。儘管它們皆廣泛存於海洋各個角落,它們的群聚構建機制並不完全相同,源于二者具有不一樣的生態屬性和繁衍策略。雖然籠統來說,細菌和原生生物皆屬於微生物,但是他們在實際個體大小、代謝活性和策略上仍展現出諸多差異。而基於集合群聚(metacommunity)的概念,這些細緻水平上的差異將會影響環境選汰(species sorting)和擴散限制(dispersal limitation)這兩個重要群聚構建過程的相對作用力(圖1a–c)。在海洋生態系統中,細菌和原生生物分屬於不同營養階層(trophic level),而環境選汰和擴散限制如何影響不同營養階層的群聚結構,目前還未有充分研究。

臺灣大學海洋研究所 吳文學博士和 謝志豪教授率領研究團隊,針對這一重要的科學問題取得新進展。研究人員于2014年夏季使用海研一號研究船,在東海海域同時採集了表層、葉綠素最大層和底層的浮游細菌及原生生物樣本(圖1d)。研究團隊採用次世代高通量定序,獲取浮游細菌和原生生物群聚結構;與此同時搜集了包括海水溫度、鹽度、葉綠素及營養鹽濃度等一系列環境參數。他們分析了環境選汰和擴散限制各自在細菌和原生生物群聚構建中的相對作用。

研究團隊發現,原生生物群聚(相對於細菌群聚)受環境選汰的影響程度較大,細菌群聚(相對於原生生物群聚)則更易受擴散限制影響(圖1e。細菌和原生生物群聚的這一不同構建機制在三個水層中都被偵測到。細菌和原生生物群聚在構建機制上表現出來的差異,可能主要與它們的生態棲位寬度(細菌大於原生生物)和休眠能力(細菌大於原生生物)的差異有關。此研究結果顯示,個體較小的細菌較不受環境選汰影響,源于個體更小的生物在代謝能力上具備更大可塑性及更强的環境耐受力。

該項成果顯示,在研究生物群聚結構與集合群聚動態時,同時針對具有不同生態特徵與營養階層的生物類群,有利於探討不同機制對群聚構建的影響力。這項研究也表明在海洋生物群聚研究中,需要考慮到海洋系統的三維立體結構特徵。該研究成果發表于國際微生物生態學期刊The ISME Journal


 

1. 環境選汰(SS)和擴散限制(DL)在海洋微生物群聚構建中的作用概念示意圖。海洋微生物群聚通常顯現『群聚相似性-距離衰減』模式(a),環境選汰(即:在地環境條件對物種的選擇淘汰效應)和擴散限制對這一模式扮演主要作用。不同物種或者物種之間屬性存在差異(如:個體大小,代謝活性)(b),這些差異將影響環境選汰和擴散限制在群聚構建中的相對作用(c)。比如,在東海海盆尺度上(d),環境選汰和擴散限制在細菌和原生生物群聚構建影響不同,可能源于二者在諸如生態棲位寬度和休眠等方面的差異e

延伸閲讀:

Wu W, Lu H-P, Sastri A, Yeh Y-C, Gong G-C, Chou W-C and Hsieh C-H (2017) Contrasting the relative importance of species sorting and dispersal limitation in shaping marine bacterial versus protist communities. ISME J doi:  10.1038/ismej.2017.183. Available at: http://www.nature.com.

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