海洋微生物在食物稀缺时巧妙地合作收集食物

当采摘的食物很少时，饥饿的海洋微生物该怎么办?它必须捕获营养物质——氮、磷或铁——才能生存，但在广阔的海洋中，营养物质极其稀缺。而且风险很高：海洋微生物群落推动了许多维持地球上所有生命的元素循环。

本周《美国国家科学院院刊》报道了应对这一挑战的一个巧妙解决方案。在低营养环境中，海洋微生物可以聚集在一起，并与表面有振动的毛状附属物(纤毛)的更细小的细胞结合在一起。跳动的纤毛产生微电流，可以在微生物的触及范围内吸收多达 10 倍的营养——从而通过合作工作提供一顿饭。

普罗维登斯学院和伍兹霍尔海洋生物实验室 (MBL) 的资深通讯作者约翰·H·科斯特洛 (John H. Costello) 说，即使海洋剧烈动荡，微生物也可以搭载在联盟中进行分工。

“对于所有条件，除了最极端的混合，这些微生物细胞生活在比海洋混合引起的涡流更小的流体空间中，”科斯特洛说。“在他们的世界里，周围的流体总是粘稠的，他们不会像人类感觉到的那样经历湍流涡流。”

该团队使用一种称为粒子图像测速 (PIV) 的技术来测量光合海洋硅藻Coscinodiscus wailesii周围流体流动的方向和大小，有和没有附着的纤毛虫“伙伴”，Pseudovorticella coscinodisci。他们发现，由纤毛搏动产生的流体流动可以增加流向硅藻细胞表面的养分流量，比单独流向硅藻的流量高 4-10 倍。

这种合作解决方案是微生物在低营养环境中应对的一种方式。另一种先前已知的单个细胞策略是下沉到更深的地方，这会在细胞和周围的水之间产生相对运动，并增加其暴露于更高营养浓度的情况。

“在低营养条件下，下沉可能会很好地工作，在这种情况下，混合会使细胞从深处回流到阳光照射的层，”科斯特洛说。“这样，硅藻下沉的风险可能会被返回到高光环境的可能性所抵消。但在低混合条件下，与纤毛虫形成联盟可能是解决低养分可用性的更有利的解决方案。”

硅藻是从大气中去除二氧化碳的最重要的单细胞光合作用组之一。因此，这项研究有助于阐明对理解气候变化越来越重要的海洋-大气交换。

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