Nature最新研究發(fā)現(xiàn)植物光敏色素是硅藻在深海感知深度的“眼睛”
日期:2024-12-19 18:03:28

眾所周知,海洋中的浮游植物在海洋生態(tài)系統(tǒng)和氣候調(diào)節(jié)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。與陸生植物一樣,它們通過光合作用儲存大氣中的二氧化碳,并產(chǎn)生地球上一半的氧氣。然而,人們對控制它們分布的機制仍然知之甚少。

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法國國家科學(xué)研究中心(CNRS)和索邦大學(xué)(Sorbonne University)的科學(xué)家通過研究浮游植物硅藻的光感知過程,發(fā)現(xiàn)這些微藻使用編入其基因組的光變化傳感器:植物光敏色素。這些光感受器使它們能夠探測水體中光譜的變化,從而提供它們在水體中垂直位置的信息。這一功能在水體混合嚴(yán)重的湍流水生環(huán)境(如高緯度、溫帶和極地地區(qū))中尤為重要,有助于調(diào)整它們的生物活動,特別是光合作用。通過分析Tara Oceans海洋采樣活動的環(huán)境基因組數(shù)據(jù),研究小組觀察到,只有北回歸線和南回歸線以外區(qū)域的硅藻才具有植物光敏色素。這些區(qū)域具有明顯的季節(jié)性特征,包括晝夜長短的巨大差異,這表明植物光敏色素能使富有它的硅藻測量四季時間的流逝。

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這項研究發(fā)表在2024年12月18日的《自然》雜志上,為浮游植物探測光并對光做出反應(yīng),從而在環(huán)境中找到方向的機制提供了新的啟示。它還強調(diào)了在實驗室和自然環(huán)境中采用綜合方法對于了解海洋生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜動態(tài)和生物適應(yīng)環(huán)境變化的能力的重要性。

CytoSub是一款可以在水下200m以內(nèi)進(jìn)行剖面浮游植物類檢測的流式細(xì)胞儀
CytoBuoy 公司生產(chǎn)多種用于水體微生物分析的流式細(xì)胞儀,其中CytoSub水下原位成像流式細(xì)胞儀,具有特殊的耐壓裝置以及內(nèi)部鞘液循環(huán)處理模塊,最大工作水深200 m, 可在整個真光層剖面分析浮游植物類群隨環(huán)境的動態(tài)變化。樣品采集、分析、廢樣拋棄等均可程序化自動進(jìn)行,適合于水體深度分層(depth profile)分析和隨航分析,數(shù)據(jù)存儲在內(nèi)置閃存卡中,實驗結(jié)束后可下載到電腦上提取和處理。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)全粒級浮游植物(0.1-800μm)(包括鏈狀浮游植物)的分析計數(shù),而且不受野外條件的限制,能夠在實驗室內(nèi)及野外應(yīng)用,其在分析樣品的同時能夠選取浮游植物群落實時拍攝圖片,從而在實現(xiàn)野外原位高頻監(jiān)測的同時減少人為分析計數(shù)誤差。
CytoSub還可以檢測生物變量的變化,微生物和其他顆粒,可采集有關(guān)微生物群落及其多樣性、活力、生長和生理狀況的詳細(xì)信息,例如鏈狀硅藻的彎曲度、細(xì)胞數(shù)目以及硅藻水華與氮磷營養(yǎng)鹽要素的相互作用;浮游植物或浮游動物的豐度和生長;有害藻類的爆發(fā)趨勢等。儀器可以根據(jù)設(shè)定的測量時間程序自主運行數(shù)月。例如設(shè)置每隔3小時采樣一次,數(shù)月內(nèi)連續(xù)測量該區(qū)域內(nèi)的浮游植物及其他顆粒動態(tài)變化。
此外,海洋原綠球藻、聚球藻、微微型真核浮游植物、隱藻、微型真核浮游植物和小型浮游植物等浮游植物群落在海洋生態(tài)系統(tǒng)中均有著不同而又非常重要的作用。CytoSub水下浮游植物流式細(xì)胞儀能夠根據(jù)浮游植物藻類細(xì)胞的粒級、內(nèi)部構(gòu)造、色素等光學(xué)變量實時提供浮游植物類群和豐度信息,不失為一種高頻、實時、原位、全粒級監(jiān)測浮游植物隨環(huán)境變化的強有力工具。

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DIVING-PAM-II是一款可以在水下50m以內(nèi)使用的調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x
DIVING-PAM-II可以隨潛水員下潛到海洋深處的珊瑚礁測量珊瑚光合作用相關(guān)葉綠素?zé)晒?。DIVING-PAM-II自帶LED光源,顯示屏,通過熱敏感應(yīng)按鍵操作,可以測量珊瑚的光化學(xué)效率,電子傳遞速率,光化學(xué)淬滅,非光化學(xué)淬滅。除了測量珊瑚的生理活性數(shù)據(jù)外,DIVING-PAM-II也會隨下潛記錄當(dāng)前位置深度,溫度。

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這就是全部了嗎?當(dāng)然不是,最新的DIVING-PAM-II還搭載了水下微型光譜儀MINI-SPEC,可以記錄下潛位置的光譜(400-800nm)數(shù)據(jù)。微型光譜儀的加入極大地提高了DIVING-PAM-II的應(yīng)用價值,它可以測量水下不同深度的光譜特性,可以測量水生植被冠層上下的光譜特性,可以測量不同生物組織的反射光譜特性,可以測量不同色素(葉綠素或其他光合色素)組分含量樣品的發(fā)射光譜。另外,DIVING-PAM-II還可以增加水體溶氧傳感器DIVING-PAM-II/O2,來測量下潛位置的溶氧。

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DIVING-PAM-II大容量電池可提供超過2000次Yield測量。大容量存儲,可存儲27,000組飽和脈沖分析數(shù)據(jù)。水下光譜數(shù)據(jù)和溶氧可以隨珊瑚和海草的光合作用活性參數(shù)同步記錄,非常適合與研究海洋環(huán)境動態(tài)變化與海洋生物活性之間的關(guān)系。

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原文:Duchêne, C., Bouly, JP., Pierella Karlusich, J.J. et alDiatom phytochromes integrate the underwater light spectrum to sense depth[J]. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08301-3

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