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PNAS:微生物在动态海洋中的进化策略

编译者:liguiju发布时间:Mar 28, 2020点击量:311 来源栏目:科研动态

3月17日,PNAS发表了一篇题为“Microbial evolutionary strategies in a dynamic ocean”的文章。海洋微生物构成了海洋食物网的基础,推动了海洋生物地球化学循环。然而,对微生物种群的适应能力知之甚少,它们通过不断适应变化的环境而获得进化。本研究使用适应性模型和解决涡流问题的海洋环流气候模型来研究物理和生物时间尺度之间的相互作用。非遗传修正在高度变化的环境中阻碍了遗传适应性,但在更稳定的环境中促进了遗传适应性。研究结果表明,单一水体中生物的选择压力会随着世代时间尺度的不同而不同,从而导致不同的进化策略。此外,在不断变化的海洋中,细胞分裂速度加快是遗传适应性的一个关键因素。理解和量化进化和物理时间尺度之间的关系对未来微生物的稳健预测至关重要。

海洋中的浮游微生物受海洋环流的影响,其细胞所经历的物理和化学环境发生重大变化。一般海洋环境的长期变化,如全球变暖引起的温度升高,是浮游植物在高度动态的环境波动机制之外所经历的渐进变化。先前的工作表明,和通过大规模的洋流传播相比,微生物通过中性的遗传过程进化更快,从而在没有选择的情况下创造生物地理区域。然而,对海洋环流与微生物种群适应新环境进化的相互作用知之甚少。进化时间表是一个包含多因素的函数,因此限制海洋的适应性进化速度是一项重大挑战。随着海洋对全球变暖作出反应,提高我们对这些相互作用的理解对于准确预测微生物多样性、生态系统动态和生物地球化学循环的未来变化至关重要。

微生物种群受到自然选择和中性进化过程的影响。对海洋微生物如何在波动的环境中原地进化的理解仍然处于初级阶段。原因之一是,微生物适应模型很少包括常见的非遗传反应,这可能会影响适应性结果。其次,直到最近,还没有能力用足够高的分辨率来观测远洋微生物所经历的动态环境,以捕捉对推动进化至关重要的现实环境动态。在此,文章设定将微生物适应策略描述为物理波动和非遗传性、遗传性生物响应时间尺度的函数。这些标准确定了对不同适应策略和微生物对环境变化的适应速率两方面的限制,这些限制可以适用于极为不同的海洋区域和不同的微生物物种。这种对海洋微生物适应性的深入了解将有助于更好地理解海洋微生物~能群特征分布的一般模式,以及这些分布如何在不断变化的世界中发生变化。

(冯若燕 编译)

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