新的研究表明藻类和细菌之间的营养交换

研究人员利用一种先进的高空间分辨率同位素绘图技术“二次离子质谱法”（SIMS），首次绘制出微藻产生的标记碳转移到与其一起生长的细菌所需的时间。

　　

纽卡斯尔大学共同领导的这项研究为藻类和细菌之间重要的微观尺度的相互作用提供了新的线索，这种相互作用是建立在营养物质互利交换的基础上的现在埃克塞特大学的汉娜·拉埃弗伦兹·施洛格尔霍夫和纽卡斯尔大学数学学院的奥塔维奥·克罗兹博士领导的团队，统计学和物理学。

他们使用了一种先进的高空间分辨率同位素绘图技术，称为“二次离子质谱法”（SIMS），首次绘制出微藻产生的标记碳转移到与其一起生长的细菌所需的时间。

这项研究揭示了藻类和细菌之间重要的营养交换。这种交换决定了环境中微生物群落的功能，与气候变化周期和农业生产力有关。微生物群落内的微生物相互作用在许多层面上都很重要，从水生和陆生食物网的生态学，到废水处理。这些群落内相互作用的一个关键特征是物种间的营养交换。

研究小组在《公共科学图书馆·综合》（PLOS ONE）杂志上发表了他们的研究结果，瑞典斯德哥尔摩大学的科学家也参与了这项研究，还使用一个数学模型来预测微生物之间交换的营养物质的浓度如何随时间变化，包括维生素B12，维生素B12的浓度非常低，不易追踪。

许多种类的藻类和细菌共享互利的资源。在这项研究中，藻类依赖细菌作为维生素B12的来源，因为它们自己不能制造维生素B12。另一方面，细菌依靠藻类产生的碳来生长。这项研究将模拟人生和数学模型相结合，以显示当能够交换营养的微生物伙伴最初聚集在一起时会发生什么情况。

这项研究的主要研究者克罗兹博士说：“这篇论文关注微藻和细菌之间相互作用的开始，这就是需要彼此生长和生存的微生物，以及它们之间营养物质的转移。

“我们的研究结果允许确定微生物伴侣何时通过各自产生的营养物质形成‘关系’。我们开发的方法广泛适用于其他微生物系统，我们希望这将有助于加深对环境和生物技术应用中微生物群落内部相互作用的机械理解。”

Laeverenz Schlogelhofer博士补充说：“我认为，我们研究微生物相互作用的方法的跨学科性质将有广泛的应用。虽然单细胞技术SIMS使我们能够可视化和测量藻类和细菌之间的碳交换，但数学模型在实验观察和我们对潜在营养动力学的理解之间提供了联系。”，他说：“我非常欣赏这项工作采用高分辨率的单细胞测量，并直接应用于预测细胞间营养物质的获取。因此，我们可以使用基于SIMS度量的计算速率度量，而不是假设活动速率，并且这种方法应该是深远的，并且适用于许多其他自由和/或共生的微生物种群。”

Journal Reference:

1. Hannah Laeverenz Schlogelhofer, François J. Peaudecerf, Freddy Bunbury, Martin J. Whitehouse, Rachel A. Foster, Alison G. Smith, Ottavio A. Croze. Combining SIMS and mechanistic modelling to reveal nutrient kinetics in an algal-bacterial mutualism. PLOS ONE, 2021; 16 (5): e0251643 DOI: 10.1371/journal.pone.0251643