박테리오플랑크톤

Bacterioplankton
녹색 염료로 물든 바닷물을 에피 형광 현미경으로 촬영한 영상으로 세균 세포와 작은 바이러스 입자를 밝혀냅니다.
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관련 토픽

박테리오플랑크톤은 물기둥을 떠다니는 플랑크톤의 박테리아 성분을 말한다.그 이름은 "방랑자" 또는 "드라이퍼"를 뜻하는 고대 그리스어 ναανςςςplpl (플랭크토스)와 19세기에 크리스티안 고트프리드 에렌버그에 의해 만들어진 라틴어인 박테리아에서 유래되었다.그들은 바닷물과 담수 모두에서 발견됩니다.

박테리오플랑크톤은 해양과 수생 생태계에서 다양한 생태학적 틈새를 차지하고 있다.이들은 이러한 생태계의 1차 생산자이자 1차 소비자이며 생명체에 필수적인 원소(탄소 및 질소)의 지구 화학적 순환을 촉진한다.많은 박테리오플랑크톤 종들은 자기영양성이며 광합성이나 화학합성으로부터 에너지를 얻는다.광합성 박테리오플랑크톤은 종종 피코피토플랑크톤으로 분류되며 프로클로로코커스나 시네코커스 같은 주요 시아노박테리아군을 포함한다.다른 이종영양성 박테리오플랑크톤은 부영양성이며, 다른 유기체에 의해 생성된 유기물을 소비함으로써 에너지를 얻는다.이 물질은 배지에 용해되어 직접 채취되거나 해양 눈 등의 입자 물질과 함께 박테리아가 서식하여 자랄 수 있습니다.박테리오플랑크톤은 전지구적 질소 고정, 질화, 탈질, 재메네랄화 및 메타노제네이션에 중요한 역할을 한다.

박테리오플랑크톤의 풍부함은 온도, 영양소 가용성 및 포식과 같은 환경 변수에 따라 달라집니다.다른 작은 플랑크톤처럼, 박테리오플랑크톤은 동물성 플랑크톤(일반적으로 원생동물)에 의해 먹이가 되고, 그들의 숫자 또한 박테리오파지에 의한 감염을 통해 통제된다.

주요 그룹

광합성 박테리오플랑크톤

광합성 박테리오플랑크톤은 수생 식품 거미줄의 총 1차 생산의 많은 부분을 담당하며, 유기 화합물을 더 높은 영양 수준으로 공급합니다.이 박테리아들은 산소와 비산소 광합성을 거친다.이러한 과정의 차이는 생성된 부산물, 1차 전자 공여체 및 에너지 포획에 사용되는 광수집 색소에서 확인할 수 있습니다.

시아노박테리아 Synechoccus lenatus를 나타내는 투과전자 현미경

시아노박테리아는 광합성 박테리오플랑크톤의 큰 그룹으로, 종종 세포나 필라멘트 [1]군락에서 자란다.이 유기체들은 수생 생태계에서 산소 광합성을 사용하는 박테리오플랑크톤의 지배적인 그룹이다.시아노박테리아는 광합성 진핵생물과 함께 전 세계 1차[2] 생산량의 약 절반을 차지하고 있어 먹이사슬의 핵심 역할을 하고 있다.그들은 유기 화합물의 형태로 에너지를 생성하고 [3]부산물로 산소를 생산하기 위해 광합성을 사용한다.주요 광수집 색소는 클로로필, 피코에스테린, 피코시아닌 및 [4]카로티노이드를 포함한다.해양 환경에서 발견되는 시아노박테리아의 대부분은 Synechoccus와 Prochloroccus로 대표된다. Synechoccus는 온대 및 열대 [5]수역에 걸쳐 보고되는 세계적인 식물이다.프로클로로코쿠스는 크기가 매우 작으며 열대 수역의 [6][7]유포틱 지역에서 주로 발견된다.빛, 영양소, 온도를 포함한 요소들은 시아노박테리아를 증식시키고 해로운 꽃을 [8]피울 수 있습니다.시아노박테리아 꽃은 저산소증을 일으킬 수 있고 높은 수준의 독소를 생성하며, 다른 수생 생물들에게 영향을 미칠 뿐만 아니라 사람에게 질병을 일으킬 수 있다.

일부 시아노박테리아는 질소를 고정할 수 있다.아나베나속은 질소 고정과 [9]광합성을 물리적으로 분리하기 위해 헤테로 세포라고 불리는 특수 세포를 사용한다.트리코데스뮴은 대체 광합성 [10]경로를 통해 질소를 고정할 수 있는 시아노박테리아의 한 예이다.

보라색 및 녹색 박테리아를 포함한 다른 광합성 박테리오플랑크톤은 혐기성 조건에서 무산소 광합성을 거친다.이 유기체들에서 합성된 색소는 산소에 민감하다.보라색 박테리아에서 주요 색소는 박테리오클로로필 a와 b 그리고 카로티노이드를 포함한다.녹색세균은 박테리오클로로필 c, d, [1]e로 이루어진 다른 광수집 색소를 가지고 있다.이 유기체들은 광합성을 통해 산소를 생산하거나 물을 환원제로 사용하지 않는다.이러한 유기체의 대부분은 광합성을 촉진하기 위한 에너지원으로 유황, 수소 또는 다른 화합물을 사용한다.이러한 박테리오플랑크톤의 대부분은 정체된 [11]환경이나 과염색 환경을 포함한 무독성 물에서 발견됩니다.

이종영양세균플랑크톤

이종영양성 박테리오플랑크톤은 물기둥에 용해된 유기물의 가용 농도에 의존한다.보통 이 유기체들은 부생성이며 주변의 영양분을 흡수한다.이 헤테로트로프들은 또한 미생물 루프와 탄소와 질소와 같은 유기 화합물의 재메네랄화에도 중요한 역할을 한다.알파프로테오박테리아 분지라고도 알려진 펠라기박테랄은 바다에서 가장 풍부한 박테리오플랑크톤이다.이 그룹의 구성원들은 영양소 가용성이 낮은 물에서 발견되며,[12][13] 원생 동물들에 의해 잡아먹힌다.

생물 지구 화학적 순환

카본

대기 중 탄소는 30년 동안 알려진 세 개의 주요 펌프, 즉 용해성 펌프, 탄산 펌프, 그리고 생물학적 탄소 펌프에 의해 바다로 격리됩니다.[14]생물학적 탄소 펌프는 주로 유기 농후 입자의 침하에 의해 구동되는 수직 변속기 펌프입니다.표면 근처의 박테리아 식물성 플랑크톤은 광합성을 하는 동안 대기 중의2 CO와 다른 영양소를 그들의 바이오매스에 통합합니다.그들이 죽을 때 이 식물성 플랑크톤은 그들의 통합된 탄소와 함께 수천 년 [15]동안 탄소가 남아 있는 해저로 가라앉는다.다른 생물학적으로 매개되는 해양에서의 탄소의 고립은 미생물 펌프를 통해 일어난다.미생물 펌프는 100년 이상 [14]된 오래된 완고한 용존 유기 탄소(DOC)를 생산하는 역할을 합니다.바다의 플랑크톤은 이 완고한 DOC를 분해할 수 없기 때문에 1000년 동안 숨을 쉬지 않고 바다에 남아 있습니다.두 펌프는 동시에 작동하며,[16] 그 사이의 균형은 영양소의 가용성에 따라 달라진다고 여겨진다.전반적으로, 바다는 대기 중의2 이산화탄소를 흡수하는 역할을 하지만 또한 일부 탄소를 대기 [17]중으로 방출한다.이것은 박테리오플랑크톤과 다른 해양 생물들이 유기물을 섭취하고 CO를 호흡할2 때, 그리고 바다와 대기 사이의 용해성 평형의 결과로 발생한다.

질소

바다 속 질소의 순환을 보여주는 도식입니다.

바다의 질소 순환은 많은 박테리아인 미생물에 의해 매개되며, 질소 고정, 탈질, 동화, 그리고 혐기성 암모니아 산화와 같은 여러 가지 변환을 수행합니다.박테리오플랑크톤에 의해 사용되는 많은 다른 질소 대사 전략이 있다.대기 중 분자 질소(N2)부터 시작하여 트리코데스뮴과 같은 디아자트로프에 의해 암모니아(NH)[18]와+
4 같은 사용 가능한 형태로 고정됩니다.이 암모니아는 광자영양 플랑크톤과 이종영양 플랑크톤에 의해 아미노산이나 핵산과 같은 유기물에 동화될 수 있으며 질화 박테리아에 의해 에너지 생산을 위해 질화−
3 될 수도 있다.마지막으로 NO 또는−
2 NO를−
3 말단 전자수용체로 사용하면 질소가 N으로2, 환원되고 N이 대기 중으로 방출되어 사이클이 [19]닫힙니다.대기2 중 N의 재생에 관련된 또 다른 중요한 과정은 아나목스이다.[19][20]암모니아가 2원자 질소와 물을 생성하기 위해 아질산염과 결합하는 과정인 아나목스는 바다에서 [20]N의2 30~50%를 차지할 수 있다.

용존 유기물

용해유기물(DOM)은 바다에서 다양한 형태로 이용 가능하며, 바다에서 박테리아와 미생물의 성장을 지원하는 역할을 한다.이 용해된 유기물의 두 가지 주요 공급원은 식물이나 어류와 같은 영양 수준이 높은 유기물의 분해와 두 번째로 유기 물질이 많은 토양을 통과하는 유출물의 DOM입니다.DOM의 나이와 품질은 [21]미생물에 의한 사용성을 위해 중요합니다.바다에 있는 대부분의 DOM은 내화성 또는 반취약성이며 [22]생분해에는 사용할 수 없습니다.위에서 언급한 바와 같이 미생물 펌프는 생분해에는 사용할 수 없고 수천 [14]년 동안 바다에 용해된 내화물 DOM의 생산을 담당합니다.희소성으로 인해 유연성이 높은 DOM 유기물질의 회전율이 매우 높으며,[23] 이는 미생물 군집 내 여러 영양 수준을 지원하는 데 중요합니다.이종영양에 의한 DOM의 흡수 및 호흡은 CO를 생성함으로써2. 사이클을 종료한다.

영양 상호 작용

온타리오 호수의 담수에 있는 먹이 사슬의 도식입니다.

박테리오플랑크톤 풍부성의 변화는 보통 온도, 동물성 플랑크톤 방목, 그리고 [24]기질의 가용성의 결과이다.세균의 풍부함과 생산성은 유기 탄소뿐만 아니라 조류 풍부성과 생산성과도 일관되게 관련이 있다.또한 phosphorus 직접 둘 다, 박테리아 조류의 풍부하고, 조류와 박테리아에 직접적으로 극도로 빈영 양의 환경에서는 두가지와 조류 성장 인에 의해 제한되는 박테리아지만, 왜냐하면 세균들도 더 나은 경쟁자들 그들은 무기 잠수정의 큰 몫을 얻으면 서로의 abundance[24]에 영향을 미치게 영향을 준다.tra그리고 조류보다 더 빠르게 풍부하게 증가한다.

해양 원양 환경에서 이종영양 나노 편모는 세균 세포 [25]생산의 가장 가능성이 높은 소비자입니다.실험실 실험의 배양 편모충은 박테리아 크기의 입자에 적응하여 세균 [26]바이오매스를 제어하기 위해 농도로 발생한다는 것을 증명한다.부영양 하구, 특히 [25][27]여름에 박테리아와 편모충의 수가 크게 변동하는 것이 발견되었다.이러한 변동의 진폭은 무기 영양소에 의한 인공 부영양화에 따라 증가하며 포식에 따라 감소한다.방목에 의한 박테리오플랑크톤의 손실은 간접적으로 탄소 균형과 관련이 있고 원핵 억제제와 [28]직접적으로 관련이 있다.기질의 잉여는 편모 생물량을 증가시키고, 박테리오플랑크톤의 방목을 증가시키며, 따라서 세균 생물량을 전반적으로 감소시킨다.섬모충의 포식도 편모충에 의한 박테리아에 대한 포식과 유사하다.

계절적으로 원핵 억제제를 사용하면 세균의 풍부함과 이종영양 나노플랑크톤 방목률 사이에 긍정적인 관계가 있으며, 박테리오플랑크톤 생산의 40-45%만이 식육성 [29]원생물에 의해 소비되는 것으로 관찰되었다.또한 진핵생물 억제 실험은 원생동물 방목이 박테리오플랑크톤 생산에 긍정적인 영향을 미친다는 것을 보여주며 원생동물에 의한 질소 재생이 세균의 성장에 매우 중요할 수 있음을 시사한다.진핵생물 억제제는 박테리오플랑크톤의 원생동물 방목 속도를 결정하는 데 유용하지 않다는 것이 입증되었지만, 미생물 먹이 [29]거미줄의 제어 메커니즘을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다.

생태학적 의의

흔히 남조류로 알려진 시아노박테리아의 크고 해로운 꽃은 이 시뮬레이션된 자연색 이미지에서 선명하게 보이는 녹색 필라멘트와 가닥으로 호수 전체에 퍼져있다.

시아노박테리아와 같은 박테리오플랑크톤은 부영양 호수에서 유독성 꽃을 피울 수 있으며 이는 물고기, 조류, 소, 애완동물 그리고 [30]인간과 같은 많은 유기체의 죽음을 초래할 수 있다.이러한 해로운 꽃들의 몇 가지 예는 호주 [31]스완 리버 하구에서 2000년에 발생한 마이크로시스티스 꽃과 [32]2003년에 네덜란드의 우스트바어더플라센 꽃이다.이 꽃들의 해로운 영향은 물고기의 심장[33] 기형에서부터 제한적인 요각류 [34]번식에 이르기까지 다양합니다.

계절에 따른 고온은 층화를 증가시키고 수직 난류 혼합을 방지하여 부력 시아노박테리아를 선호하는 [35][36]빛에 대한 경쟁을 증가시킨다.온도가 높으면 물의 점도가 낮아져 더 빨리 움직일 수 있고, 이는 또한 부유성 시아노박테리아 [30]종을 선호합니다.이 종들은 또한 빛이 더 깊은 종의 [35][37][36]플랑크톤에 도달하는 것을 막는 표면 덮개를 만드는 능력으로 매우 경쟁적입니다.

기후 연구는 또한 증가하는 뜨거운 파도와 함께 해로운 시아노박테리아 꽃의 가능성이 부영양적인 담수 시스템에 [38][39][40]더 위협이 될 것이라는 것을 보여주고 있다.기후 변화로 인한 평균 기온 상승의 또 다른 영향은 남색세균 개화기가 봄의 이른 시간에서 가을의 [41]늦은 시간까지 확대될 수 있다는 것이다.

박테리오플랑크톤의 풍부함과 밀도의 추정치는 직접 계수, 흐름 세포 측정 및 대사 측정에서 도출된 결론을 포함한 다양한 방법으로 도출할 수 있다.

또한 생물지구화학적 사이클링 섹션에서 설명한 바와 같이 플랑크톤은 이러한 생태계에서 박테리오플랑크톤과 공존하고 있는 많은 생물에 필수적인 구성 요소인 필수 영양소(질소/탄소/DOM)의 재활용 및 이동을 담당한다.이러한 재활용 영양소는 1차 생산자에 의해 재사용될 수 있으며, 따라서 생물학적 식품망의 효율성을 높이고 에너지 낭비를 최소화할 수 있습니다.

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