Микробная пищевая сеть
Микробная пищевая сеть относится к комбинированным трофическим взаимодействиям между микробами в водной среде. К этим микробам относятся вирусы , бактерии , водоросли , гетеротрофные протисты (например, инфузории и жгутиконосцы ). [1] В водных экосистемах микробные пищевые сети имеют важное значение, поскольку они составляют основу круговорота питательных веществ и энергии. Эти сети жизненно важны для стабильности и продуктивности экосистем в различных водных средах, включая озера, реки и океаны. Преобразуя растворенный органический углерод (DOC) и другие питательные вещества в биомассу, которую могут съесть более крупные организмы, микробные пищевые сети поддерживают более высокие трофические уровни. Таким образом, эти сети имеют решающее значение для потока энергии и круговорота питательных веществ как в пресноводных, так и в морских экосистемах. [2]
Роль разных микробов
[ редактировать ]В водной среде микробы составляют основу пищевой сети . Одноклеточные фотосинтезирующие организмы, такие как диатомовые водоросли и цианобактерии, обычно являются наиболее важными первичными продуцентами в открытом океане. Многие из этих клеток, особенно цианобактерии, слишком малы, чтобы их могли захватывать и потреблять мелкие ракообразные и планктонные личинки . Вместо этого эти клетки потребляются фаготрофными протистами , которые легко поедаются более крупными организмами. [3]
Вирусы
Водные экосистемы полны вирусов, которые необходимы для управления микробными популяциями. Они выделяют органические вещества обратно в окружающую среду, заражая и лизируя планктонные водоросли (фиковирусы) и бактериальные клетки (бактериофаги). Этот механизм, называемый вирусным шунтом, способствует рециркуляции питательных веществ и помогает контролировать микробные популяции. Вирусные частицы и растворенный органический углерод (DOC), которые в дальнейшем могут быть использованы другими микроорганизмами, высвобождаются при лизисе бактериальных клеток. Вирусы могут заражать и разрушать бактериальные клетки и (в меньшей степени) планктонные водоросли (также известные как фитопланктон ). Таким образом, вирусы в микробной пищевой сети сокращают популяцию бактерий и, лизируя бактериальные клетки, высвобождают твердые частицы и растворенный органический углерод (DOC). [4]
Бактерии
В микробной пищевой сети бактерии играют решающую роль в расщеплении органических материалов и переработке питательных веществ. Они преобразуют DOC в бактериальную биомассу, чтобы ее могли потреблять протисты и другие более высокие трофические уровни. Кроме того, бактерии участвуют в круговоротах азота и углерода, а также в других биогеохимических циклах. [4]
Водоросли
В водных экосистемах основными продуцентами являются одноклеточные фотосинтезирующие организмы, такие как цианобактерии и диатомовые водоросли. В процессе фотосинтеза они преобразуют солнечный свет в химическую энергию и создают органическое вещество, которое является основой пищевой цепи. Особенно важную роль в бедных питательными веществами средах играют цианобактерии из-за их способности фиксировать атмосферный азот. Когда жизненно важных питательных веществ, таких как азот и фосфор, не хватает в периоды неравномерного развития, клетки водорослей могут производить DOC. DOC также может выделяться в окружающую среду клетками водорослей. Одна из причин, по которой фитопланктон высвобождает DOC, называемый «несбалансированным ростом», заключается в том, что основные питательные вещества (например, азот и фосфор ) ограничены. Поэтому углерод, образующийся при фотосинтезе, не используется для синтеза белков (и последующего роста клеток), а ограничен из-за недостатка питательных веществ, необходимых макромолекулам . Затем избыток фотосинтата, или DOC, высвобождается или выделяется. [3]
Гетеротрофные протисты
В микробной пищевой сети простейшие, включая инфузории и жгутиконосцы, являются важными потребителями. Поедая бактерии, водоросли и другие мельчайшие частицы, они перемещают питательные вещества и энергию вверх по пищевой цепи. Более крупные существа, такие как зоопланктон, в свою очередь питаются этими протистами. [3]
Микробные взаимодействия
[ редактировать ]Микробные взаимодействия пищевой сети разнообразны и разнообразны. Хищничество, соперничество и симбиотические связи — вот некоторые из этих взаимодействий. Например, некоторые бактерии и водоросли создают мутуалистические отношения, при которых бактерии дают водорослям жизненно важные питательные вещества, а водоросли дают бактериям органический углерод. Микробные сообщества могут формироваться в результате конкуренции за такие ресурсы, как свет и питание, что может повлиять на их состав и функциональность. [5]
Факторы окружающей среды
[ редактировать ]Факторы окружающей среды, которые оказывают существенное влияние на микробные пищевые сети, включают температуру, доступность света и концентрацию питательных веществ. На развитие микробов и скорость метаболизма влияет температура, а на фотосинтезирующие организмы влияет доступность света. Доступность питательных веществ, особенно фосфора и азота, может ограничивать рост и продуктивность микроорганизмов. Например, во времена нехватки азота фитопланктон может выделять DOC — явление, называемое несбалансированным ростом. [6]
Влияние человека
[ редактировать ]Основным воздействием человеческой деятельности на микробные пищевые сети являются эвтрофикация, загрязнение окружающей среды и изменение климата. Деятельность микробных сообществ может быть нарушена такими загрязнителями, как пестициды и тяжелые металлы. На рост и распространение микробов влияют изменения температуры и количества осадков, вызванные изменением климата. Вся водная пищевая цепочка может подвергнуться воздействию эвтрофикации, вызванной стоком питательных веществ из городов и ферм. Эвтрофикация также может привести к токсичному цветению водорослей и гипоксическим состояниям. [7]
Технологические достижения
[ редактировать ]Технологические разработки полностью изменили способ изучения микробных пищевых сетей. Анализируя генетический материал из образцов окружающей среды, исследователи могут получить представление о разнообразии и роли микробных сообществ с помощью метагеномики. Использование технологии дистанционного зондирования облегчает крупномасштабный мониторинг переменных окружающей среды и микробной активности, что расширяет наше понимание динамики микробов в различных экосистемах. [8]
Микробная петля
[ редактировать ]Микробная петля описывает путь в микробной пищевой сети, где DOC возвращается на более высокие трофические уровни посредством включения в бактериальную биомассу. Этот цикл гарантирует, что DOC, создаваемый фотосинтезирующими организмами, используется гетеротрофными бактериями, а затем перемещается вверх по пищевой цепи, что имеет решающее значение для поддержания потока питательных веществ и энергии внутри экосистемы. [7]
Заключение
[ редактировать ]Способствуя передаче питательных веществ и энергии, микробные пищевые сети необходимы для здоровья и стабильности водных экосистем. Крайне важно понять эти сложные взаимоотношения для решения экологических проблем и продвижения устойчивого управления водными ресурсами. Технологические разработки продолжают расширять наше понимание и освещать сложные механизмы, поддерживающие жизнь в океанах нашей планеты.
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Мостажир Б., Амблард С., Буффан-Дюбау Э., Де Вит Р., Ленси Р., Симе-Нгандо Т. (2015) «Микробные пищевые сети в водных и наземных экосистемах» В: Бертран Дж. К., Кометт П., Лебарон П., Матерон Р. , Норманд П. и Симе-Нгандо Т. (ред.) Экологическая микробиология: основы и приложения: микробная экология, страницы 485–510, Springer. ISBN 9789401791182 .
- ^ Азам Ф., Фенчел Т., Филд Дж.Г., Грей Дж.С., Мейер-Рейл Л.А. и Тингстад Ф. (1983). «Экологическая роль микробов водной толщи в море. Серия достижений морской экологии, 10, 257–263» (PDF) .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б с Уорден, Аризона, Флоус, М.Дж., Джованнони, С.Дж., Уилкен, С., Циммерман, А.Э., и Килинг, П.Дж. (2015). «Наука об окружающей среде. Переосмысление морского углеродного цикла: учет разнообразного образа жизни микробов. Наука, 347 (6223)» (PDF) .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Саттл, Калифорния (2007). «Морские вирусы — основные игроки глобальной экосистемы. Nature Reviews Microbiology, 5 (10), 801-812» (PDF) .
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Фальковски П.Г., Фенчел Т. и Делонг Э.Ф. (2008). «Микробные двигатели, управляющие биогеохимическими циклами Земли. Science, 320 (5879), 1034-1039» (PDF) .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Кирхман, Д.Л. (2016). «Процессы в микробной экологии. Издательство Оксфордского университета» (PDF) .
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Помрой Л.Р., Уильямс П.Дж.Л., Азам Ф. и Хобби Дж.Э. (2007). «Микробная петля. Океанография, 20 (2), 28-33» (PDF) .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Сунагава С., Коэльо Л.П., Чаффрон С., Култима Дж.Р., Лабади К., Салазар Г.... и Борк П. (2015). «Океанический планктон. Структура и функции глобального микробиома океана. Наука, 348(6237)» .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )
Другие ссылки
[ редактировать ]- Майклс, А.Ф. и Сильвер, М.В. (1988) «Первичное производство, опускающиеся потоки и микробная пищевая сеть». Глубоководные исследования. Часть A. Документы по океанографическим исследованиям , 35 (4): 473–90. дои : 10.1016/0198-0149(88)90126-4
