광합성 피코플랑크톤

Photosynthetic picoplankton
에피플루언스에 의해 관찰된 피코플랑크톤

광합성 피코플랑크톤 또는 피코플랑크톤은 0.2~2µm 크기의 세포로 구성된 광합성을 수행하는 식물성 플랑크톤 비율이다.그것은 특히 영양소의 농도가 매우 낮은 세계 해양의 중앙 극소영양 지역에서 중요하다.

역사

시리즈의 일부
플랑크톤
Phytoplankton
영양 모드
크기별
분류법별
서식지별
기타 타입
꽃
관련 토픽
  • 1952년:[1] Butcher에 의해 최초의 진정한 피코플랑크톤 종인 Chromulina pusilla에 대한 기술.이 종은 1960년에 Micromonas pusilla로[2] 이름이 바뀌었고, 몇몇 연구에서 진핵생물 피코피토플랑크톤에 대한 그러한 정량 데이터는 거의 존재하지 않지만 온대 해양에 풍부하다는 것을 발견했습니다.
  • 1979년: Waterbury에 의한[3] 해양 Synechoccus의 발견과 Johnson과 Sieburth에 [4]의한 전자 현미경으로 확인.
  • 1982: 같은 존슨과 시버스는 전자 현미경으로 [5]작은 진핵 생물의 중요성을 증명한다.
  • 1983년: W.K.W Li와 Trevor Platt를 포함한 동료들은 해양 1차 생산의 많은 부분이 2µm [6]미만의 유기체 때문이라는 것을 보여준다.
  • 1986년: 1992년 프로클로로코커스 마리누스라고 명명된 치솔름과 올손이 사르가소해에서 "[7]프로클로로피테스"[8]를 발견했다.
  • 1994년: 프랑스 타우 석호에서 지금까지 알려진 가장 작은 광합성 진핵생물인 Ostreoccus tauri가 Courties에 의해 발견되었습니다.[9]
  • 2001년: 해양 샘플에서 추출한 리보솜 RNA 유전자의 염기서열 분석을 통해, 몇몇 유럽 팀은 진핵생물 피코플랑크톤이 [10][11]매우 다양하다는 것을 발견했습니다.이러한 연구 결과 그러한 진핵 생물 다양성 1998년 첫번째 발견에 Rappe와 동료들은 오레곤 주립 대학, 진핵 플랑크톤에 open-ocean에 rRNA의 염기 서열을 적용하는 첫번째 생물이었습니다. 그곳에서 그들은 알려진 서먹서먹한 느낌이 서열을 발견했다 뒤를 따랐다 phytoplankton[12]그 세포가 들어 있는 DNA한 짝의 이.면사포 구름최근 특정 탐침을 사용하여 시퀀스를 시각화하고 추가로 분석했으며 광범위하게 [13]분포되어 있는 것으로 밝혀졌다.

학습 방법

플로우 세포측정법에 의한 피코플랑크톤 분석

피코플랑크톤은 크기가 매우 작기 때문에 광학 현미경 검사와 같은 고전적인 방법으로는 연구하기 어렵다.좀 더 정교한 방법이 필요하다.

  • 에피플루언스 현미경 검사는 연구자들이 피코에리스린을 함유한 시네코쿠스와 같은 형광 색소를 가진 특정 세포군을 발견할 수 있게 해준다.
  • 플로우 세포측정법은 초당 10,000개의 세포에서 1,000개의 크기("전방 산란")와 형광을 측정합니다.그것은 해양 샘플에 대한 다양한 피코플랑크톤 개체군의 농도를 매우 쉽게 결정할 수 있게 해준다.세 그룹의 세포(Prochloroccus, Synechoccus, Picoeukaryotes)를 구별할 수 있다.예를 들어 Synechoccus는 피코에리스린은 주황색, 엽록소는 빨강색 등 색소의 이중 형광을 특징으로 한다.플로우 세포측정법은 또한 연구자들이 특정 집단(예: Synechoccus)을 배양에 넣기 위해 분류하거나 더 상세한 분석을 할 수 있게 해준다.
  • 고정밀 크로마토그래피(HPLC)에 의한 엽록소나 카로티노이드와 같은 광합성 색소의 분석은 연구자들이 샘플에 존재하는 다양한 조류의 그룹을 결정할 수 있게 된다.
  • 분자생물학 기술:
  • 리보솜 RNA와 같은 유전자의 복제 및 배열. 이를 통해 연구자는 표본 내 전체 다양성을 결정할 수 있습니다.
  • 이전 접근법보다 빠른 DGGE(변성 겔 전기영동)는 연구자들이 샘플 내의 전지구적 다양성에 대한 아이디어를 가질 수 있게 해준다.
  • 현장 교배(FISH)는 특정 분류군(예를 들어 종, 속 또는 클래스)[14]을 인식하는 형광 프로브를 사용합니다.이 종에 대한 원래의 설명은 현재 몬테레이만 수족관 [15]연구소의 연구원들이 주도한 두 변종의 게놈 염기서열 분석 프로젝트에 의해 확인된 많은 다른 불가사의한 종들로 구성되어 있는 것으로 생각된다.
  • 정량적 PCR은 FISH로서 특정 그룹의 농도를 결정하기 위해 사용될 수 있다.다수의 검체를 [16]동시에 신속하게 분석할 수 있는 주요 장점이 있지만, 보다 정교한 제어와 교정이 필요합니다.

구성.

광합성 피코플랑크톤은 크게 세 가지 유기체 그룹으로 구성됩니다.

  • 크기 1μm(마이크로미터)의 시네코쿠스에 속하는 시아노박테리아는 1979년 J. 워터베리[3](우드스홀 해양학 연구소)에 의해 처음 발견됐다.그들은 꽤 어디에나 있지만, 비교적 중영양성 수역에 가장 많이 있다.
  • 특히 프로클로로코커스속에 속하는 시아노박테리아가 주목할 만하다.프로클로로코쿠스는 크기가 0.6 µm로 1988년 미국[7] 샐리 W. (페니) 치솔름 (매사추세츠 공과대학)과 R.J. 올슨 (우드스 홀 해양학 연구소)에 의해 발견되었다.작은 크기에도 불구하고, 이 광합성 유기체는 의심할 여지 없이 지구에서 가장 풍부합니다: 사실 그것의 밀도는 리터당 1억 개의 세포에 이를 수 있고 모든 열대 지대에서 150 [17]미터 깊이까지 발견될 수 있습니다.
  • 피코플랑크톤성 진핵생물은 최근 주요 그룹의 발견으로 입증되었듯이 가장 덜 알려져 있다.안데르센은 1993년에 새로운 종류의 갈조류인 Pelagophyceae를 [18]만들었다.더욱 놀라운 것은 1994년 프랑스[9] 기수 석호의 식물성 플랑크톤성 바이오매스를 지배하고 있는 아주 작은 크기의 진핵생물인 Ostreoccus tauri의 발견은 이러한 유기체들이 해안 환경에서도 주요한 생태학적 역할을 할 수 있다는 것을 보여준다.1999년에, 그러나 새로운 조류 분류인 Bolidophyceae가 [19]발견되었는데, 이것은 유전적으로 규조류에 매우 가깝지만, 형태학적으로 매우 다르다.현재 약 50종이 여러 과에 속하는 것으로 알려져 있다.
주요 기사:피코에카리오테스
피코플랑크톤종을 포함한 조류 분류
반 피코플랑크톤속
엽록소과 난노클로리스
물푸레나무과 미크로모나스, 오스트레오코커스, 피크노코커스
물푸레나무과 이만토니아
펠라고피케아과 펠라고모나스속
볼리도피케아목 볼리도모나스속
딕토코피체아과 플로렌시엘라

1990년대부터 시행된 박테리아에 대한 분자적 접근법은 10년 후인 2000년경 광합성 피코우카리오테에 적용되었다.그들은 매우 광범위한[10][11] 다양성을 드러냈고 피코플랑크톤에서 다음 그룹의 중요성을 밝혀냈다.

온대 해안 환경에서는 미크로모나스속(Prasinophyceae)이 [14]우세한 것으로 보인다.하지만, 수많은 해양 환경에서, 진핵 생물 피코플랑크톤의 지배적인 종은 여전히 [20]알려지지 않은 채로 남아 있습니다.

생태학

태평양에서의 피코플랑크톤의 수직 분포

각각의 피코플랑크톤 개체군은 해양 환경에서 특정한 생태학적 틈새를 차지하고 있다.

  • Synechoccus syanobacterium은 일반적으로 적도 융기 부근이나 해안 지역과 같은 중영양 환경에서 풍부합니다.
  • 프로클로로코커스 시아노박테륨은 물이 영양분이 부족해질 때 그것을 대체한다.반면 북대서양 등 온대 지방에서는 찬물이 프로클로로코쿠스의 발달을 방해하기 때문에 프로클로로코쿠스가 없다.
  • 진핵생물의 다양성은 다양한 환경에서 그들의 존재로부터 파생된다.해양 지역에서, 그것들은 종종 빛이 잘 들어오는 층의 바닥에서 깊이에서 관찰된다.해안 지방에서는 미크로모나와 같은 특정 종류의 피코우카리오테가 지배적이다.더 큰 플랑크톤과 마찬가지로, 그들의 풍부함은 여름에 가장 많은 계절 주기를 따릅니다.

30년 전만 해도 중앙 해양 생태계에서 미생물의 분열 속도가 세대당 1주일 또는 1개월 정도로 매우 느리다는 가설이 있었다.이 가설은 (예를 들어 클로로필 함량에 의해 추정된) 바이오매스가 시간이 지남에 따라 매우 안정적이라는 사실에 의해 뒷받침되었다.그러나 피코플랑크톤의 발견으로 이 시스템은 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 역동적인 것으로 밝혀졌다.특히, 피코플랑크톤 조류가 생산되자마자 빠르게 섭취하는 몇 마이크로미터 크기의 작은 포식자들이 어디에나 있는 것으로 밝혀졌다.이 매우 정교한 포식자-사료 시스템은 거의 항상 평형 상태에 있으며 준정수 피코플랑크톤 바이오매스를 생성한다.이처럼 생산과 소비가 거의 동일하기 때문에 시스템이 전환되는 속도를 정확하게 측정하기가 매우 어렵습니다.

1988년, 카펜터와 창이라는 두 명의 미국 연구자는 현미경으로 DNA 복제 과정을 따라 식물성 플랑크톤의 세포 분열 속도를 추정할 것을 제안했다.현미경을 플로우 세포계로 치환함으로써 피코플랑크톤 세포의 DNA 함량을 시간에 따라 추적할 수 있다.이것은 연구자들이 피코플랑크톤 세포가 고도로 동기화된다는 것을 입증할 수 있게 해주었다: 그들은 DNA를 복제한 후 하루의 끝에 모든 것을 동시에 분열시킨다.이 동기화는 내부 생체시계가 존재하기 때문일 수 있습니다.

유전체학

2000년대에는 유전체학이 보조 단계를 넘나들 수 있었다.유전체학은 유기체의 게놈의 완전한 염기서열을 결정하고 존재하는 모든 유전자를 나열하는 것으로 구성된다.그러면 대상 유기체의 대사 능력에 대한 아이디어를 얻고 그것이 환경에 어떻게 적응하는지를 이해하는 것이 가능하다.현재까지 프로클로로코커스[21][22], 시네코코커스,[23] 오스트레오코커스[24] 균주의 게놈이 확인되었다.두 개의 다른 Micromonas 변종의 완전한 게놈은 그들이 상당히 다른 (다른 종) 그리고 육지 [15]식물과 유사하다는 것을 밝혀냈습니다.몇몇 다른 시아노박테리아와 작은 진핵생물(Bathycoccus, Pelagomonas)은 염기서열 분석 중이다.이와 함께 유전자 분석은 해양 샘플(생태유전체학 또는 메테게노믹스)[25]에서 직접 이루어지기 시작하며, 우리가 배양되지 않은 유기체의 대규모 유전자 세트에 접근할 수 있게 해준다.

광합성 피코플랑크톤주 게놈
지금까지의 순서로 배열되어 있는
속 부담 시퀀싱 센터 발언
프로클로로코커스 MED4 JGI
SS120 제노스코프
MIT9312 JGI
MIT9313 JGI
NATL2A JGI
CC9605 JGI
CC9901 JGI
시네코쿠스속 WH8102 JGI
WH7803 제노스코프
RCC307 제노스코프
CC9311 TIGR [26]
오스트레오코쿠스속 OTH95 제노스코프
마이크로모나스 RCC299 및 CCMP1545 JGI [15]

「 」를 참조해 주세요.

주 및 참고 자료

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참고 문헌

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