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超級變變變!

作者:禹心

我們所知道的河口生態是非常多元化的,河口處富含各種營養鹽,孕育了很多生命,形成複雜的生態系。表面上如此,其實,它還有著不為人知的一面呢!在許多分層河口水域的底層大多為缺氧水,其氧氣主要被浮游細菌所消耗,在消耗的速度上超過大氣和光合作用所產生的氧氣,使得溶氧量大大減少,許多生物無法在此存活。一旦水成為缺氧性水,這些細菌必須改變他們的新陳代謝方式,轉為厭氣呼吸。

 2004 年的夏天,研究人員以切薩皮克灣(Chesapeake Bay)之水域範圍抽取水做為樣品做氧化還原的化學分析測量,提出:當水中所含的氧氣慢慢減少之後,繼而一連串的呼吸新陳代謝。藉由計算水中所含細菌之群落數量之倍增時間與菌數以及產物得知底部水為缺氧性(18  44 的時間比初步估計還要來的要短,這表示,細菌的群落組成有足夠的時間變換與反應面對其環境。

此外,細菌群落的組成 16S rDNA PCR-DGGE 分析基因在缺氧水中於六月時與表層含氧水之細菌群落非常類似,表層水面之硝酸鹽呼吸作用使得部分表層水的細菌群落在硝酸鹽被耗盡之後轉變,底層缺氧水之細菌群落則沒有改變。直到八月,能夠利用硫酸鹽進行呼吸作用或者其他非氧能源的菌漸漸開始佔有主導地位。在缺氧水裡仍保有勢力的表層水細菌Gammaproteobacteria 、和Alphaproteobacteria 、以及能夠利用酵素協助它們保存海洋中短少的鐵質,並能將海洋中的有機化合物用作氮和磷的來源的Synechococcus sp. ,也包含了一般常見於海洋的 Pelagibacter ubique 菌群,其約占海洋生物質量的四分之一,沒有重複基因、噬菌體基因、也沒有任何無用的 DNA 片段,雖然不是最小的微生物,但卻是這個星球上最經濟、有效的生命體之一,它能用海洋中稀薄的碳與氮化合物作為能量來源。在缺氧水中的菌群發展與未經過培養的 Firmicute s  Bacteroidete s以及 SAR406 群非常相似 (<92% 的相像。這些結果顯示典型的港口水域中之浮游細菌在缺氧環境的條件下,細菌會轉變成厭氧式新陳代謝,真是善變呀! 

名詞解釋:

  • Bacterioplankton:沒有固定地點生長浮游性之細菌,此篇文章主要針對海洋浮游細菌。
  • 16S ribosomal RNA:是原核生物的核糖體中的一段核酸序列,由於不同種的真細菌與古細菌間的 16S rRNA序列具高度保守性,因此可作為系統分類學的特徵。
  • Denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) 變性梯度凝膠電泳   具有相似長度的 DNA 用普通的凝膠電泳無法進行分離,但利用 DGGE 可以分離長度只有 200~700bp  DNA 片段。電泳過程中,起初雙鏈 DNA 以直線形狀向正極移動。隨著變性劑(如甲醯胺或尿素)濃度的增加,DNA 中具有低 G+C 含量的序列的部分被打開,而高 G+C 含量的部分仍保持雙鏈。這樣,DNA 分子形成端部的叉狀或中間的環形 DNA 部分熔化,便不能繼續向前移動而形成條帶,如此便能將具有相似長度而序列有差異的 DNA 分子分離開。

研究原文

參考資料

原刊載於 30.6 kJ (本文經 PanSci編輯部編修)

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關於作者

慈濟大學生命科學系的教書匠。對肉眼看不見的微米世界特別有興趣,每天都在探聽細菌間的愛恨情仇。希望藉由長時間的發酵,培養出又香又醇的細菌人。