탄소 및 질소 순환 및 예상되는 해양 온난화에 대한 해양 미생물의 기여도 정량화는 미생물 해양학의 주요 과제 중 하나입니다. 본 연구의 저자는 온대성 생태계에서 해양 종속영양* 및 독립영양* 세포의 세포 특화 활동에 대한 온난화(주변 온도보다 4°C 이상 높음)의 영향과 단일 세포 사이의 상응하는 C 및 N 전달에 대해 연구했습니다. 해수 시료는 안정 동위원소 표지 기질(독립영양생물의 경우 13CO2 가스 및 종속영양생물의 경우 15N-류신)이 존재하는 상태로 현장에서 배양하고 온도를 높였습니다. NanoSIMS는 여기에서 식물플랑크톤에 물리적으로 부착된 세균으로 정의된 식물플랑크톤 세균 컨소시엄뿐 아니라 자유생활 세포의 C 및 N 흡수를 정량화하는 데 사용됩니다.
위: 13C 중탄산염 및 15N 류신과 함께 배양된 분석된 모든 미생물 세포에 대한 13C 및 15N 동위원소 농축 비교(점선 = 자연 동위원소 풍부도). 각 점은 NanoSIMS 이미지에서 지정된 관심영역의 픽셀 통합을 통해 얻은 농축으로 하나의 세포를 나타냅니다. 식별된 종속영양생물(좌측)과 하나의 독립영양생물(우측, 화살표로 표시됨)을 보여주는 NanoSIMS 농축 이미지.
아래: 따뜻한 인큐베이션의 식물플랑크톤의 식물플랑크톤 세균 컨소시엄(=물리적으로 부착됨)을 확대한 모습.
(a) 식물플랑크톤 세포의 13C 결합률과 부착된 세균 세포 결합률 사이의 양의 상관관계, (b) 세균의 15N 결합률과 그들이 부착된 식물플랑크톤 세포의 결합률 사이의 유사한 양의 상관관계.
이미지: 피코식물플랑크톤에 부착된 두 개의 종속영양 세포
결과: 상승된 온도는 탄소고정을 50% 이상 증가시켰으며, 이 중 작지만 상당한 부분이 12시간 이내에 종속영양생물로 이동되었습니다. 세포간 부착은 종속영양 세포에 의한 이차 탄소 흡수를 두 배로 증가시켰으며 독립영양식물에 의한 이차 질소 결합을 68% 증가시켰습니다. 온난화는 또한 종속영양생물이 부착된 식물플랑크톤의 양을 80%까지 증가시켰으며, 식물플랑크톤에서 세균으로의 탄소 이동은 17%, 세균에서 식물플랑크톤으로의 질소 이동은 50%까지 증진시켰습니다.
연구 결과는 식물플랑크톤 세균 부착이 영양소 결합에 대한 생태학적 장점을 제공하며, 이는 온도상승에 의해 강화되는 것으로 보이는 상호관계를 암시합니다. 출처: Elevated temperature increases carbon and nitrogen fluxes between phytoplankton and heterotrophic bacteria through physical attachment. Nestor Arandia-Gorostidi, Peter K Weber, Laura Alonso-Sáez, Xosé Anxelu G Morán and Xavier Mayali. The ISME Journal (2016), 1–10.
* 기본 사전:
- 독립영양생물: 일반적으로 빛(광합성) 또는 무기화학반응 에너지를 사용하여 주변에 존재하는 무기물 및 광물질로부터 복합 유기 화합물을 생산하는 유기체입니다. 예: 식물, 조류, 시아노박테리아, 황 환원 세균 등
- 종속영양생물: 성장을 위해 유기 탄소를 사용하는 유기체로, 무기 공급원의 탄소(예: 이산화탄소)를 고정할 수 없습니다. 예: 동물, 곰팡이, 세균 등