Vzácná biosféra - Rare biosphere

Vzácná biosféra označuje velké množství vzácných druhů mikrobiálního života, tj. bakterie, archaea a houby, které lze v prostředí nalézt ve velmi nízkých koncentracích.^[1]

Mikrobiální ekosystémy

Schéma mikrobiální smyčky.

Změny v biologická rozmanitost z ekosystém, zda námořní nebo pozemní, může ovlivnit jeho účinnost a funkci. Klimatická změna nebo jiný antropogenní poruchy může klesat produktivita a narušit globální biogeochemické cykly. Možné důsledky těchto změn nejsou dobře charakterizovány ani pochopeny a až nadbytečná redundance v ekosystému jej může chránit před narušením.^[2]

Dynamika mikrobiální ekosystémy jsou úzce spjaty s biogeochemickými procesy.^[3] Například v mořích mikrobiální smyčka bakterie rozložit organické látky a recyklovat živiny jako dusík pro jiné organismy, jako je fytoplankton použít.^[3] Snížení recyklovaného dusíku by omezilo rychlost produkce fytoplanktonu a zase omezilo růst pastevci, s účinky po celém světě web s potravinami a dusíkový cyklus. K měření těchto účinků je zapotřebí základní linie mikrobiální rozmanitosti. Druhy vzácné biosféry mohou nabídnout genofond, který lze aktivovat za měnících se podmínek, čímž udržuje ekosystém funkční. ^[4] Členové vzácné biosféry byli uznáni jako důležití hybatelé mnoha klíčových funkcí ekosystému, například při poskytování biologicky dostupného dusíku v mořském a půdním prostředí.^[5][6]

Detekční metody

Předchozí pokusy o charakterizaci in situ hojnost různých mikrobiálních druhů ve specifickém prostředí byla získána pomocí technik kultivace a molekulární biologie.^[7] Pěstování produkuje velmi úzký obraz některých vzácnějších druhů, zejména při studiu prostředí, kde je standardními metodami kultivovatelných pouze méně než 0,1% všech mikrobů.^[7][8] Techniky molekulární biologie, jako např Sangerovo sekvenování, má za následek mnohem širší rozsah, ale zdůrazňuje přítomnost hojnějších druhů.^[9][10] Ani jedna z těchto technik nezachycuje veškerou přítomnou rozmanitost. Současným stavem současného stavu techniky je použití vysoké propustnosti sekvenování průkopnické techniky Dr. Mitchell Sogin z Mořská biologická laboratoř. Tato metoda rozšířila rozsah biologické rozmanitosti objevem vzácné biosféry.^[11] Vysoce výkonné sekvenování, neboli „řazení značek“, rozděluje jedinečnost rRNA sekvence tagu genu (nebo jiného cílového genu) do operativní taxonomické jednotky (OTU) na základě podobností v kódu DNA sekvenované genové oblasti.^[11] Oba Sanger, sekvenování brokovnice, a řazení značek organizovat sekvence do OTU.^[9] Je to však rozlišení, které poskytuje sekvenování značek, které jej odlišuje od jiných metod, což je výsledkem zvýšené účinnosti při sériové analýze.^[9] Toto zvýšení účinnosti je možné díky použití interních primer sekvence vedoucí k restrikční digest převislé sekvence.^[9] Ačkoli OTU poskytují prostředky k rozlišení možného počtu fylogenetické skupin nelze odvodit fylogenetické vztahy založené na OTU. Na značky spojené s OTU je třeba odkazovat křížově genové banky, aby mohly být značky fylotypovány a vytvořeny vztahy.^[11]

Výsledkem sekvencování značek bylo vytvoření řádově větších odhadů OTU přítomných v ekosystémech, dlouhý ocas na křivky hojnosti druhů.^[12][10] Tento dlouhý ocas představuje méně než 0,1% hojných druhů v konkrétním ekosystému. Současně představuje tisíce populací, které tvoří většinu fylogenetické rozmanitosti v ekosystému. Tato skupina s nízkou rozmanitostí a vysokou rozmanitostí je vzácnou biosférou. Pomocí této metody Sogin et al. Studují mikrobiální diverzitu v Severní Atlantik hluboká voda vytvořila odhad 5266 různých taxony.^[11] To je zvláště dramatické vzhledem k tomu, že předchozí studie využívající tradičnější metody PCR klonování techniky vedly k odhadům až 500.^[10]

Ekologická role

Vzhledem k jejich nízké četnosti mohou členové vzácné biosféry představovat starodávné a přetrvávající taxony.^[11] Jelikož je počet těchto méně hojných druhů omezený, je virová infekce a nakonec smrt lýzou nepravděpodobnější, protože viry závisí na přetrvávání vysokých koncentrací hostitelských organismů.^[10] Navíc být méně hojný znamená omezený růst a být na menší straně spektra velikosti buněk.^[10] To omezuje pravděpodobnost smrti požitím, protože pastevci preferují větší nebo aktivnější mikroby. Je důležité si uvědomit, že právě proto, že jsou tyto taxony „vzácné“, ještě neznamená, že za předchozích podmínek v historii naší planety byly „vzácné“.^[11] Tyto taxony mohly být epizodicky hojné, což mělo za následek buď globální změny v biogeochemických cyklech, nebo malou změnu podmínek v jejich současném prostředí. ^[11] Vzhledem k vytrvalosti těchto taxonů za správných podmínek mají potenciál dominovat a stát se hojnějšími taxony.^[11] Výskyt takových stavů může nastat na mnoha časových stupnicích. Je možné, že některé vzácné taxony dominují pouze během anomálních let, například během El Niño.^[7] Ke změně hojnosti může docházet v sezónním měřítku.^[7] Globální změna podnebí může některým z těchto vzácných taxonů poskytnout podmínky nezbytné pro zvýšení jejich hojnosti. I v jejich malém množství mohou taxony patřící ke vzácné biosféře ovlivňovat globální biogeochemické cykly. Například nedávné důkazy naznačují, že vzácná menšina může být zodpovědná za fixaci kumulativnějšího dusíku než velká většina mikrobiálních buněk v mořském prostředí.^[7][5]

Subtilní a méně přímým způsobem může vzácná biosféra ovlivňovat ekosystémy, pokud jde o biodiverzitu a biogeochemické cykly, tím, že působí jako neomezený zdroj genetické rozmanitosti a materiálu.^[7][11] V současné době probíhá spousta diskusí a výzkumů o tom, jak mikrobiální společenství představují odolnost po narušení prostředí nebo katastrofě a jak blízce příbuzné druhy mohou představovat jedinečné a nové genetické atributy ve srovnání s blízkými příbuznými.^[11] Vzácnou biosféru lze považovat za semennou banku, která přenáší geny, což vede k lepšímu složení rekombinantů, které se stávají dominantní většinou.^[11]

Biogeografie a distribuce

Vzácná biosféra byla studována v mnoha různých prostředích, včetně moří, jezer, půd a dokonce i hlubokého podloží.^{[5][13][14][6][15][16]} Tam je nějaká debata ohledně distribuce taxonů ve vzácné biosféře. Taxony v této skupině na daném místě mohou být v procesu šíření.^[7][12] Studie na arktickém mořském dně identifikovaly termofilní bakterie, které přicházejí prostřednictvím mechanismů šíření a které nemohly být metabolicky aktivní.^[12] Jakmile tyto populace, jako jsou teplomilné bakterie v Arktidě, dosáhnou vhodné mezery, stanou se znovu metabolicky aktivními a budou se hojně zvyšovat. To vyžaduje, aby jeden viděl tyto populace jako nediskrétní, které nejsou endemické pro žádný konkrétní vodní útvar.^[12] Studie případně naznačují, že vzhledem k biogeografii vzácných taxonů se myšlenka, že vzácná biosféra je produktem šíření, zdá nepravděpodobná.^[13] Studie v Severním ledovém oceánu o biogeografii vzácné biosféry zjistila, že mezi parcelami vody v tomto oceánu představuje vzácná biosféra velké množství rozmanitosti. To naznačuje, že populace ve vzácné biosféře zažívají evoluční síly specifické pro místo, kde se nacházejí, jako je výběr, speciace a vyhynutí.^[13] Vzhledem k tomu, že v genových úložištích nelze identifikovat mnoho vzácných taxonů, je nepravděpodobné, že by jich bylo jinde mnoho.^[13]

Viz také

• Hluboká biosféra

Reference

Další čtení