Триходезмий эритрейный
| Триходезмий эритрейный | |
|---|---|
Научная классификация  | |
| Домен: | Бактерии |
| Тип: | Цианобактерии |
| Сорт: | Цианофицеи |
| Заказ: | осцилляторы |
| Семья: | Микроколеевые |
| Род: | Триходезмий |
| Разновидность: | Т. erythraeum |
| Биномиальное имя | |
| Триходезмий эритрейный Эренбург экс Гомонт | |
Trichodesmium erythraeum — вид морских цианобактерий, характеризующийся высокими диазотрофными способностями. [1] Они играют доминирующую роль в экосистеме океана, обеспечивая постоянный и значительный источник нового, биологически доступного азота и круговорота фосфора. [2] по своей нитевидной морфологии T. erythraeum Известно, что собирается в большие длинные колонии, достаточно большие, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом как частицы, похожие на опилки, и пигментированные морские регионы на спутниковых изображениях, обычно встречающиеся в олиготрофных тропических и субтропических регионах. воды. [3] Эти цветы ответственны за знаменитый цвет Красного моря. [4]
Этимология и номенклатура
[ редактировать ]Название рода происходит от древнегреческих корней: Tricho, что означает «волосы». [5] и -desmós , что означает группу или соединение. [6] Видовое название erythraeum также происходит от греческого Eruthraî или родственного латинского термина Erythraeus, что означает красный или красноватый. [7] Исторический греческий корень также используется в слове Erythrà Thálassa , что переводится как Красное море или Эритрейское море . [7]
История
[ редактировать ]Открытие
[ редактировать ]Род Trichodesmium был впервые описан Джеймсом Куком в 1770 году во время путешествия вдоль субтропического побережья Австралии. [8] Сообщается, что Чарльз Дарвин также зафиксировал уникальное цветение триходезмиума во время своего знаменитого путешествия на корабле «Бигль» , назвав его « морскими опилками ». [3] Кристиан Готфрид Эренберг назвал этот конкретный вид - Trichodesmium erythraeum - в 1830 году, когда он путешествовал по Красному морю в период красного цветения. [4] В следующем столетии другие ученые в морских экспедициях стали называть другие виды Trichodesmium, такие как T. thiebautti , T. hildebrandtii и T. contortum . [4] Хотя до сих пор существует неопределенность в отношении их таксономии и филогенетических взаимоотношений, T. erythraeum является наиболее хорошо изученным видом, а также единственным видом, чей геном секвенирован внутри рода. [4]
Выделение/методы
[ редактировать ]Trichodesmium erythraeum был впервые выделен и секвенирован в 1991 году на атлантическом побережье Северной Каролины. [8] Исследователи Пруферт-Дебут, Перл и Лассен модифицировали среду морской воды, добавив 0,1 н. HCl и 0,1 н. NaOH, чтобы достичь основного pH 8,17, а затем протестировали рост отдельных клеток водорослей в различных вариантах культуральной среды. [9] Чтобы дополнительно изолировать триходезмий , они добавили циклогексимид , эффективно убивающий эукариотические микробные колонии. Они поддерживали стерильную среду для выращивания, внимательно следя, а затем измеряя рост и образование бактериальных агрегатов. [9] Культуры Trichodesmium инкубировали в цикле «свет-темнота» при 24 °C на встряхивающем столе для имитации приливно-отливных движений. [9] Этот эксперимент выявил различные морфологические расположения агрегированных нитей T. erythraeum IMS101. [9] [10]
Морфология
[ редактировать ]Trichodesmium erythraeum – подвижные грамотрицательные цианобактерии. [11] Они могут существовать в виде отдельных нитей, но чаще встречаются в колониальных морфологиях, состоящих из нескольких сотен нитей . [12] Как правило, Trichodesmium может агрегировать параллельно, образуя веретенообразную (пучковую) колонию или радиальную (слоеную) форму. [12] [13] Определяющей характеристикой T. erythraeum является его пигментный состав, содержащий хлорофилл А и фикоэритрин . [14] Фикоэритрин — фотосинтетический пигмент, благодаря которому T. erythraeum приобретает одноименный ржаво-красный цвет. [1] [14] По крайней мере 50% клеток T. erythraeum заняты большими газонаполненными вакуолями , которые способствуют плавучести и выравниванию с другими клетками при формировании колоний. [1] [15]
Геномика
[ редактировать ]Trichodesmium erythraeum — единственный вид Trichodesmium с полностью секвенированным геномом, и он остается одним из самых крупных секвенированных в настоящее время геномов цианобактерий, его длина составляет около 7,75 Мб. [16] Филогенетический анализ 58 геномов цианобактерий указывает на то, что T. erythraeum тесно связан с родами Lyngbya , обитателями морских вод, и Arthrospira , преимущественно встречающимися в более щелочных озерах, как часть более крупной линии, состоящей из нитчатых негетероцистных видов в пределах порядок осцилляторов . [16] Хотя T. erythraeum не является гетероцистным, недавние результаты сравнительной геномики подтверждают родство с гетероцистными родами цианобактерий. [16]
Родственные виды
[ редактировать ]Род Trichodesmium включает еще 5 видов, помимо T. erythraeum , которые характеризуются и дифференцируются по морфологии клеток и колоний, пигментации и плавучести. [17] Эти 5 видов первоначально были разделены на две разные клады, классифицированные в соответствии с расположением клеток и последующей регуляцией плавучести, а также их кластерами гликогена , которые способствуют хранению углерода . [16] В одной кладе были T. erythraeum и T. tenue , в то время как в другой кладе находились T. thiebautti , T. hildebrandtii и T. contortum . [16] Однако недавний геномный анализ, направленный на дифференциацию видов, выявил три отдельные клады, реорганизовавшие шесть видов следующим образом: 1) T. thiebautti , T. hildebrandtii , 2) T. contortum , T. tenue и 3) T. erythraeum . [18]
Физиология
[ редактировать ]Trichodesmium erythraeum играет важную роль в водной микросреде, особенно в теплых океанах с дефицитом питательных веществ, где его диазотрофный метаболизм вносит в эти экосистемы значительное количество фиксированного азота (~ 50% общего азота от всех шести видов Trichodesmium ). [10] Одной из определяющих особенностей T. erythraeum является его способность одновременно осуществлять фиксацию азота и секвестрацию углерода , не образуя гетероцист , в отличие от других видов цианобактерий, способных к этим процессам. [9]
Метаболизм
[ редактировать ]Для негетероцистных N2 - фиксирующих цианобактерий метаболизм обычно определяется двумя специализированными стратегиями разделения: N2 , фиксация происходящая ночью, и фотосинтез при дневном свете. [19] Интересно, что Trichodesmium осуществляет как кислородный фотосинтез , так и фиксацию атмосферного азота исключительно в течение дня, что объясняется 1) повышенным потреблением O 2 во время пика нитрогеназной активности и 2) конгломерацией O 2 -чувствительных ферментных комплексов нитрогеназы внутри «диазоцитов» или локализованных наборов клетки внутри нитевидной колонии. [19] Хотя T. erythraeum может осуществлять эти процессы одновременно, исследования показали, что фотосинтез и фиксация азота могут следовать циркадному ритму . [20] Кроме того, фиксация азота T. erythraeum зависит от наличия неорганического фосфора и железа, поскольку ограничение питательных веществ может препятствовать росту популяции. [10] В частности, геном Trichodesmium IMS101 содержит гены, кодирующие белки, которые полезны для роста в олиготрофной среде с низким содержанием фосфатов. [21] Ориентация T. erythraeum в окружающей среде может напрямую влиять на его метаболическую активность. В частности, цветение триходезмии обычно происходит на поверхности океана, где они могут получить доступ к атмосферному азоту для диазотрофии; однако иногда наблюдаются и подповерхностные колонии, вероятно, использующие растворенный азот или другие источники азота из глубин океана. [14]
Экология
[ редактировать ]Цветение триходезмии является неотъемлемой частью морских экосистем из-за их способности фиксировать азот, поглощать фосфор и поставлять субстраты, которые, в свою очередь, обеспечивают убежище морской жизни. [22] Это цветение зависит от нескольких факторов: теплых океанов, высокого содержания соли и постоянного снабжения светом и питательными веществами (в частности, Fe и P). [22] Одно цветение, зарегистрированное в Аравийском море , совпало с увеличением биодоступности микроэлементов , что подчеркивает их важность в метаболизме триходезмии , а также экологические последствия этого цветения. [23]
Значение и применение
[ редактировать ]Недавние сообщения о беспрецедентном цветении T. erythraeum в Средиземноморье . [24] Андаманский , [25] и арабский [26] Моря подчеркивают токсичную природу и потенциально вредные последствия этого цветения. В Андаманском море повышение температуры воды и повышение солености привели к снижению вылова рыбы, [25] в то время как повышение pH и снижение доступности кислорода привели к увеличению смертности рыбы в Аравийском море. [26] Поскольку глобальное потепление сохраняется, изменения температуры и морского состава традиционных мест обитания Trichodesmium могут вызвать более частое цветение. Закисление океана также стимулировало увеличение производства активных форм кислорода (АФК) и экзополисахаридов (ЭПС) T. erythraeum . [27] что может еще больше усугубить экологический дисбаланс. В обычных обстоятельствах цветение T. erythraeum приносит много пользы морским экосистемам, однако нерегулярное и частое цветение, совпадающее с продолжающимся изменением климата , может оказаться вредным для этой среды в долгосрочной перспективе.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «Дом — Trichodesmium erythraeum IMS101» . genome.jgi.doe.gov . Проверено 17 апреля 2024 г.
- ^ Фу, Фэй-Сюэ; Чжан, Яохун; Белл, Питер РФ; Хатчинс, Дэвид А. (2005). «Поглощение фосфата и кинетика роста триходезмии (цианобактерий) изолятов из северной части атлантического океана и большого барьерного рифа, Австралия». 1 j.1529-8817.2005.04063.x Журнал Phycology . 41 (1): 62–73. doi : 10.1111/ . ISSN 0022-3646 .
- ^ Jump up to: а б «Морские опилки у Гладстона» . Earthobservatory.nasa.gov . 07.10.2017 . Проверено 17 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с д Бергман, Биргитта; Санд, Густав; Лин, Сенджи; Ларссон, Джон; Карпентер, Эдвард Дж. (2013). «Триходезмия – широко распространенная морская цианобактерия с необычными свойствами азотфиксации» . Обзоры микробиологии FEMS . 37 (3): 286–302. дои : 10.1111/j.1574-6976.2012.00352.x . ISSN 1574-6976 . ПМЦ 3655545 . ПМИД 22928644 .
- ^ «трихо-» , Викисловарь, бесплатный словарь , 17 марта 2023 г. , получено 27 апреля 2024 г.
- ^ «Десмос» , Викисловарь, бесплатный словарь , 24 марта 2024 г. , получено 27 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б «Эритрейский» , Викисловарь, бесплатный словарь , 17 января 2023 г. , получено 27 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Оркатт, КМ; Расмуссен, У.; Уэбб, Э.А.; Уотербери, Дж. Б.; Гундерсен, К.; Бергман, Б. (2002). «Характеристика видов Trichodesmium с помощью генетических методов» . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (5): 2236–2245. дои : 10.1128/АЕМ.68.5.2236-2245.2002 . ISSN 0099-2240 . ПМЦ 127538 . ПМИД 11976093 .
- ^ Jump up to: а б с д и Пруферт-Бебут, Ли; Паерл, Ханс В.; Лассен, Карстен (май 1993 г.). «Рост, фиксация азота и спектральное затухание у культивируемых видов триходезмий» . Прикладная и экологическая микробиология . 59 (5): 1367–1375. doi : 10.1128/aem.59.5.1367-1375.1993 . ISSN 0099-2240 . ПМК 182091 . ПМИД 16348931 .
- ^ Jump up to: а б с Фришкорн, Кайл Р.; Хейли, Шин Т.; Дюрман, Соня Т. (05 марта 2019 г.). «Транскрипционная и протеомная хореография при дефиците и пополнении фосфора у N2-фиксирующей цианобактерии Trichodesmium erythraeum» . Границы микробиологии . 10 : 330. дои : 10.3389/fmicb.2019.00330 . ISSN 1664-302X . ПМК 6411698 . ПМИД 30891009 .
- ^ Иномура, Кейсуке; Уилсон, Сэмюэл Т.; Дойч, Кертис (27 августа 2019 г.). Гилберт, Джек (ред.). «Механистическая модель сосуществования фиксации азота и фотосинтеза в морском триходезмии» . mSystems . 4 (4). дои : 10.1128/mSystems.00210-19 . ISSN 2379-5077 . ПМК 6687940 . ПМИД 31387928 .
- ^ Jump up to: а б Сиддики, Пирзада Дж.А.; Карпентер, Эдвард Дж.; Бергман, Биргитта (1992), Карпентер, Э.Дж.; Капоне, генеральный директор; Рютер, Дж. Г. (ред.), «Триходезмий: ультраструктура и локализация белков» , Морские пелагические цианобактерии: триходезмий и другие диазотрофы , Дордрехт: Springer Нидерланды, стр. 9–28, номер документа : 10.1007/978-94-015-7977-3_2. , ISBN 978-94-015-7977-3 , получено 17 апреля 2024 г.
- ^ Ван, Сиюань; Кудудер, Коко; Чжан, Футинг; Кесслер, Ниви; Эйхнер, Мери; Ши, Далин; Шакед, Йела (2022). «Колонии морской цианобактерии Trichodesmium оптимизируют утилизацию пыли путем избирательного сбора и удержания частиц, богатых питательными веществами» . iScience . 25 (1): 103587. doi : 10.1016/j.isci.2021.103587 . ПМЦ 8718973 . ПМИД 35005537 .
- ^ Jump up to: а б с Лодочник, Тобиас Г.; Дэйви, Филипп А.; Лоусон, Трейси; Гейдер, Ричард Дж. (11 апреля 2018 г.). Кэмпбелл, Дуглас А. (ред.). «Физиологическая цена диазотрофии Trichodesmium erythraeum IMS101» . ПЛОС ОДИН . 13 (4): e0195638. дои : 10.1371/journal.pone.0195638 . ISSN 1932-6203 . ПМЦ 5895029 . ПМИД 29641568 .
- ^ Баален, Чейз; Браун, Р. Малкольм (1969). «Ультраструктура морской сине-зеленой водоросли Trichodesmium erythraeum с особым упором на клеточную стенку, газовые вакуоли и цилиндрические тела» . Архив микробиологии . 69 (1): 79–91. дои : 10.1007/BF00408566 . ISSN 0302-8933 . ПМИД 4986297 .
- ^ Jump up to: а б с д и Бергман, Биргитта; Санд, Густав; Лин, Сенджи; Ларссон, Джон; Карпентер, Эдвард Дж. (май 2013 г.). «Триходезмия – широко распространенная морская цианобактерия с необычными свойствами азотфиксации» . Обзоры микробиологии FEMS . 37 (3): 286–302. дои : 10.1111/j.1574-6976.2012.00352.x . ISSN 1574-6976 . ПМЦ 3655545 . ПМИД 22928644 .
- ^ «Дом — Trichodesmium erythraeum IMS101» . genome.jgi.doe.gov . Проверено 3 апреля 2024 г.
- ^ Оркатт, КМ; Расмуссен, У.; Уэбб, Э.А.; Уотербери, Дж. Б.; Гундерсен, К.; Бергман, Б. (май 2002 г.). «Характеристика видов Trichodesmium с помощью генетических методов» . Прикладная и экологическая микробиология . 68 (5): 2236–2245. дои : 10.1128/АЕМ.68.5.2236-2245.2002 . ISSN 0099-2240 . ПМЦ 127538 . ПМИД 11976093 .
- ^ Jump up to: а б Санд, Густав; Ран, Лян; Сюй, Линхуа; Сундквист, Густав; Булоне, Винсент; Бергман, Биргитта (январь 2011 г.). «Сравнительные протеомные профили морской цианобактерии Trichodesmium erythraeum IMS101 при различных азотных режимах» . Протеомика . 11 (3): 406–419. дои : 10.1002/pmic.201000382 . ISSN 1615-9853 . PMID 21268270 – через Wiley Analytical Science.
- ^ Цай, Сяони; Гао, Куньшань (10 августа 2015 г.). Шова, Франк (ред.). «Уровни суточных доз света при измененных циклах день-ночь регулируют временное разделение фотосинтеза и фиксации N2 у Cyanobacterium Trichodesmium erythraeum IMS101» . ПЛОС ОДИН . 10 (8): e0135401. дои : 10.1371/journal.pone.0135401 . ISSN 1932-6203 . ПМК 4530936 . ПМИД 26258473 .
- ^ Дирман, СТ; Чаппелл, PD; Хейли, Северная Каролина; Моффетт, Дж.В.; Орчард, Эдуард; Уотербери, Дж. Б.; Уэбб, Е.А. (январь 2006 г.). «Утилизация фосфонатов морским диазотрофом мирового значения Trichodesmium» . Природа . 439 (7072): 68–71. дои : 10.1038/nature04203 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 16397497 .
- ^ Jump up to: а б Блондо-Патисье, Давид; Брандо, Витторио Эрнест; Лённбург, Кристиан; Лихи, Сюзанна М.; Декер, Арнольд Г. (14 декабря 2018 г.). Анил, Арга Чандрашекар (ред.). «Фенология цветения видов Trichodesmium в лагуне Большого Барьерного рифа, Австралия, по результатам 10-летней миссии ESA-MERIS» . ПЛОС ОДИН 13 (12): e0 дои : 10.1371/journal.pone.0208010 . ISSN 1932-6203 . ПМК 6294392 . ПМИД 30550568 .
- ^ Кришнан, Ануп А.; Кришнакумар, ПК; Раджагопалан, М. (февраль 2007 г.). «Цветение Trichodesmium erythraeum (Ehrenberg) вдоль юго-западного побережья Индии (Аравийское море) и его влияние на концентрацию микроэлементов в морской воде» . Устьевые, прибрежные и шельфовые науки . 71 (3–4): 641–646. doi : 10.1016/j.ecss.2006.09.012 – через Elsevier Science Direct.
- ^ Спатарис, Софи; Склирис, Николай; Мезити, Александра; Кормас, Константин (март 2012 г.). Вейхенмейер, Геза (ред.). «Первая запись цветения Trichodesmium erythraeum в Средиземном море» . Канадский журнал рыболовства и водных наук . 69 (8): 1444–1455. дои : 10.1139/f2012-020 . ISSN 0706-652X – через ResearchGate.
- ^ Jump up to: а б Кумар, Арун; Падмавати, Гади; Прадип, Хосахалли (15 июня 2015 г.). «Проявление цветения Trichodesmium Erythraeum (Cyanophyte) и его влияние на улов рыбы в апреле 2013 года в Андаманском море» . Прикладные экологические исследования : 49–57. дои : 10.35762/AER.2015.37.2.4 . ISSN 2287-075X .
- ^ Jump up to: а б Аль Бусаиди, Сауд С.; Аль Рашди, Халфан М.; Аль Гейлани, Хамед М.; Амер, Шела (1 января 2008 г.). «Гидрографические наблюдения во время красного прилива и гибели рыб на острове Масира, Оман» . Журнал сельскохозяйственных и морских наук [JAMS] . 13:64 . doi : 10.24200/jams.vol13iss0pp64-72 . ISSN 2410-1079 .
- ^ Ву, Шицзе; Ми, Тежу; Чжэнь, Ю; Ю, Кайцян; Ван, Фувэнь; Ю, Чжиган (сентябрь 2020 г.). «Рост производства АФК и ЭПС: новый взгляд на реакцию Trichodesmium erythraeum на закисление океана» . Журнал психологии . 57 (1): 172–182. дои : 10.1111/jpy.13075 . ISSN 0022-3646 . PMID 32975309 – через онлайн-библиотеку Wiley.