最新研究發(fā)現(xiàn)，幫助一種海洋細菌在當今海域繁衍生息的優(yōu)勢性狀，可能終將成為其致命弱點。

數(shù)十年來，SAR11菌一直被視為海洋高效能的典范：這種微型微生物能在養(yǎng)分稀薄的水域蓬勃生長。但最新研究指出，正是幫助它們征服貧營養(yǎng)海域的這些特質，也讓它們在環(huán)境變化時顯得尤為脆弱。

SAR11遍布全球表層海水，在某些海域可占海洋細菌總量的40%。它們的優(yōu)勢來自基因組精簡——這種進化策略通過削減基因，使細胞耗費更少能量維持多余的生物結構。在穩(wěn)定且貧營養(yǎng)的水域中，這種策略卓有成效，但最新研究揭示，當環(huán)境變得不穩(wěn)定時，SAR11可能因缺乏應對工具而陷入困境。

《自然·微生物學》近期發(fā)表的研究指出，這種極端精簡策略存在嚴重缺陷。

"SAR11在適應并主導穩(wěn)定貧營養(yǎng)環(huán)境方面取得的非凡進化成就，可能使它們更容易受海洋環(huán)境變化的影響。它們或許把自己進化進了一個陷阱。"該研究的通訊作者、生物科學與地球科學教授卡梅隆·思拉什解釋道。

通過分析數(shù)百個SAR11基因組，研究人員發(fā)現(xiàn)許多菌株缺少調控細胞周期的關鍵基因。在多數(shù)細菌中，這些控制基因被視為穩(wěn)態(tài)生長的必需要素，能確保細胞逐步完成DNA復制與分裂過程。

科學家早已注意到SAR11應對環(huán)境變化的能力欠佳，但令研究團隊意外的是其在壓力下的具體表現(xiàn)。許多細胞并未在環(huán)境惡化時暫停生長，而是持續(xù)復制DNA卻無法完成分裂。

"它們的DNA復制與細胞分裂過程脫節(jié)了。細胞不斷復制DNA卻無法正常分裂，最終產生染色體數(shù)量異常的細胞。"生物學博士研究生、論文第一作者程傳凱描述道，"令人驚訝的是，這種細胞特征如此清晰且可重復出現(xiàn)。"

通俗來說，這好比工廠不斷復印說明書，卻從不組裝產品。其結果是產生攜帶額外染色體的異常腫大細胞，這些細胞往往最終死亡。

即使在營養(yǎng)充足時，這種機能失調仍會拖慢整體種群增長，這挑戰(zhàn)了"食物越多微生物繁殖越快"的傳統(tǒng)認知。

該研究還為海洋科學家長期觀察到的現(xiàn)象提供了合理解釋：在浮游植物水華后期，當水體中有機物增加時，SAR11數(shù)量往往會下降。

思拉什指出："我們早就知道這些生物不太適應水華后期階段?，F(xiàn)在終于有了解釋：水華后期伴隨新溶解有機物的增加，這會干擾SAR11的生理機能，降低其競爭力。"

這項研究對理解氣候變化與海洋生態(tài)系統(tǒng)具有更廣泛的意義。SAR11在海洋碳循環(huán)中扮演關鍵角色，隨著海洋環(huán)境波動加劇，它們對升溫和營養(yǎng)脈沖的敏感性可能重塑微生物群落格局。

"這項工作揭示了環(huán)境影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的新途徑——不僅通過限制資源，更通過干擾優(yōu)勢微生物的內部生理機能。"程傳凱強調。隨著環(huán)境穩(wěn)定性下降，具有更強調控靈活性的生物可能獲得競爭優(yōu)勢。

研究人員表示，后續(xù)工作將聚焦于揭示這些紊亂背后的分子機制。鑒于SAR11的巨大數(shù)量規(guī)模，這項研究將助力深化理解其在海洋碳循環(huán)中的作用。

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