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池塘里的細菌在白天生長得更快

出處:水生動物健康評估 作者: 水產養殖網 2019-04-07 22:33:00

梁曉文 

研究人員發現池塘里的細菌在白天生長得更快,這是一種基因層面的解釋。
 
UD研究員JULIA MARESCA研究淡水環境中的細菌如何對光作出反應
CREDIT: PHOTO BY EVAN KRAPE
 
根據特拉華大學的研究人員的說法,生活在池塘、湖泊和其他淡水環境中的一些細菌在白天生長得更快,盡管它們沒有將陽光作為能源。正如研究小組最近在“細菌學雜志”中所描述的那樣,能夠吸收光的特殊基因可能可以解釋這種增加的活動。
 
這里有一個重要的原因。要真正了解生命,你需要了解碳。我們攝入碳,用它作為生命的燃料,在死后我們會分解它們釋放它。碳循環,即碳在自然界的運動,是生態學家和其他研究人員研究的重要課題,他們希望了解人類活動如何影響地球的健康。水體有助于碳循環,因此,通過加深我們對這些生態系統的了解,科學家們有可能幫助整個地球。了解在水中游動的微小生物是重要的一步。
 
土木和環境工程副教授Julia Maresca想弄清楚兩種通常在淡水環境中發現的細菌是如何將光能轉化為化學能的,它們以陽光作為能量系統的補充。
 
Maresca開始使用兩種細菌菌株:一種是含有將光能轉化為化學能的自然光系統的紅細菌(Rhodoluna (Rhl.) lacicola株MWH-Ta8),另一種是沒有光系統的黃色細菌(Aurantimicrobium sp. 株MWH-Uga)。研究小組懷疑,只有紅細菌在白光照射下會生長得更快。然而,當博士后研究員和研究合著者Jessica Keffer進行第一組實驗時,她發現兩種細菌在光照下都生長得更快。第二輪實驗證實了這一結果。
 
 “很明顯,那里發生了一些我們無法用我們所掌握的信息來解釋的事情,”Maresca說。
 
另外的實驗顯示,在藍光和紫外光下,細菌生長得更快,但在紅光和綠光下則不然。Maresca說,研究人員開始懷疑細菌可能并沒有將光能轉化為化學能,而是“吸收光能并利用它獲取信息,就像我們做的那樣。”“燈一亮,我們就知道該起床、吃早餐、要保持清醒了。”
 
為了研究這種可能性,研究小組檢測了在光照條件下和黑暗條件下哪種細菌基因是活躍的。在光照下,這兩種細菌都吸收更多的有機碳,包括糖,代謝得更快。在黑暗中,這些功能被削弱,細菌增加蛋白質的生產和修復,制造和固定生長和分裂所需的機制。
 
接下來,研究小組檢查了除了所有細菌共有的那些成長的基本基因,這些細菌還有哪些基因是共同的。在UD測序和基因分型中心的同事的幫助下,他們確定了其中兩個非必需基因與藍光的吸收有關。一種是DNA光解酶,它吸收藍光,用它來修復之前被紫外線破壞的DNA。Maresca說,這是一種修復機制,但可能對光線下的生長沒有幫助。另一種基因被稱為隱花色素,它被證明可以調節動物、植物、真菌甚至人類的晝夜節律。隱花色素可能是光照條件下生長速率差異的原因。
 
Maresca說:“我們沒有任何直接證據表明這種基因與光吸收或光增強生長表型有關,但我們有很多間接證據表明這是可能的。”“我們純化了這種蛋白質,并觀察它能吸收哪種波長的光,我們發現它能吸收兩種波長的光,這兩種波長最能促進生長:420 nm和375 nm。”
 
那么為什么這些通常在淡水環境中幾英尺深的水中發現的細菌,能夠感知光線并做出這種反應呢?那些光照良好的淡水環境中含有藻類等生物,它們從空氣中吸收二氧化碳,并產生有機碳——細菌的食物。
 
研究小組提出了一個可行的假設:在這項研究中,細菌可能會啟動它們的機制,以配合附近其他物種(例如藻類)獲得所生產的食物。這就像加速奔向剛剛擺滿食物的自助餐,而不是隨機走動看看還剩下什么。該團隊正進一步研究這些細菌如何與同一環境中的藻類相互作用。
 
 
 
 
資料來源:
PUBLIC RELEASE: 27-FEB-2019
Light wakes up freshwater bacteria
AAAS and EurekAlert!

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