Mikrobiyal döngü - Microbial loop

Mikrobiyal döngü, aşağıdakileri içeren bir deniz trofik yoludur çözünmüş organik karbon besin zincirinin içine.

mikrobiyal döngü deniz mikrobiyal besin ağındaki trofik yolu açıklar çözünmüş organik karbon (DOC), bakteriyel biyokütleye dahil edilmesi yoluyla daha yüksek trofik seviyelere döndürülür ve daha sonra oluşturulan klasik gıda zinciri ile birleştirilir. fitoplankton -Zooplankton -Nekton. Mikrobiyal döngü terimi, Farooq Azam, Tom Fenchel et al.[1] 1983 yılında deniz ortamındaki karbon ve besin döngülerinde bakterilerin oynadığı rolü dahil etmek.

Genel olarak, çözünmüş organik karbon (DOC), okyanus ortamına bakteri lizizinden, sabit karbonun fitoplanktondan sızması veya eksüdasyonundan (örn. diyatomlar ), ani hücre yaşlanması, zooplankton tarafından özensiz beslenme, atık ürünlerin suda yaşayan hayvanlar tarafından atılması veya organik parçacıkların karasal bitkilerden ve topraklardan parçalanması veya çözünmesi.[2] Mikrobiyal döngüdeki bakteriler, bu enerji açısından zengin maddeyi büyüme için kullanmak üzere bu parçacıklı detriti ayrıştırır. Deniz ekosistemlerindeki organik maddenin% 95'inden fazlası polimerik, yüksek moleküler ağırlık (HMW) bileşikleri (örneğin, protein, polisakkaritler, lipidler), toplamın sadece küçük bir kısmı çözünmüş organik madde (DOM), çoğu deniz organizması tarafından daha yüksek trofik seviyelerde kolaylıkla kullanılabilir. Bu, çözünmüş organik karbonun çoğu deniz organizması tarafından doğrudan elde edilemediği anlamına gelir; deniz bakterileri Bu organik karbonu besin ağına dahil ederek, ek enerjinin daha yüksek trofik seviyelere ulaşmasını sağlar. Son zamanlarda "terimi"mikrobiyal besin ağı "mikrobiyal döngü" terimi ile ikame edilmiştir.

Tarih

Bir dizinin parçası
Karbon döngüsü
Organik madde formları.webp
Karbon pompaları

Mikrobiyal döngünün keşfedilmesinden önce, denizin klasik görünümü besin ağları doğrusal bir zincirden biriydi fitoplankton -e Nekton. Genellikle denizcilik bakteri var oldukları bilinmesine rağmen, önemli organik madde tüketicileri (karbon dahil) olduğu düşünülmüyordu. Bununla birlikte, bir deniz pelajik besin ağının görünümü, 1970'ler ve 1980'lerde bakterilerden karbon akışının alternatif yolunu öneren Pomeroy ve Azam tarafından sorgulanmıştır. Protozoanlar -e metazoanlar.[3][1]

Bakterilerin okyanus ortamlarındaki rolünü araştıran deniz ekolojisindeki ilk çalışmalar, rollerinin çok az olduğu sonucuna vardı. Geleneksel bakteri sayma yöntemleri (örn. agar plakaları ) sadece deniz suyundaki gerçek ortam bolluğundan çok daha küçük olan az sayıda bakteri üretti. Bakteri sayma teknolojisindeki gelişmeler, bakteri sayımının önemli öneminin anlaşılmasına yol açmıştır. deniz bakterileri okyanus ortamlarında.

1970'lerde, alternatif doğrudan teknik mikroskobik sayma Francisco tarafından geliştirilmiştir et al. (1973) ve Hobbie et al. (1977). Bakteriyel hücreler bir epifloresan mikroskobu, "bir" denen şeyi üretmekakridin portakal Doğrudan sayım "(AODC). Bu, deniz suyundaki büyük bakteri konsantrasyonunun yeniden değerlendirilmesine yol açtı ve beklenenden daha fazla olduğu bulundu (tipik olarak mililitre başına 1 milyon civarında). Ayrıca," bakteri üretkenliğinin gelişmesi tahlil "netin büyük bir kısmının (yani% 50) birincil üretim (NPP) deniz bakterileri tarafından işlendi.

1974'te Larry Pomeroy, BioScience'da mikropların okyanus üretkenliğindeki anahtar rolünün vurgulandığı "Okyanusun Gıda Ağı: Değişen Bir Paradigma" başlıklı bir makale yayınladı.[3] 1980'lerin başında, Azam ve en iyi okyanus bilim adamlarından oluşan bir panel dergide tartışmalarının sentezini yayınladı. Deniz Ekolojisi İlerleme Serisi "Denizdeki Su Sütunu Mikroplarının Ekolojik Rolü" başlıklı. Bakteri tüketen protistlerin fitoplankton ile aynı büyüklük sınıfında olduğunu ve muhtemelen planktonik diyetin önemli bir bileşeni olduğunu belirten 'mikrobiyal döngü' terimi bu makalede tanıtıldı. kabuklular.[1]

Bu zamandan beri biriken kanıtlar, bunlardan bazılarının bakteri içeren protistler (örneğin siliatlar ) aslında bunlar tarafından seçici olarak avlanırlar kopepodlar. 1986'da Proklorokok okyanusun oligotrofik bölgelerinde bol miktarda bulunan Sallie W. Chisholm, Robert J. Olson ve diğer ortak çalışanlar (daha önce çok küçük olan birkaç kayıt olmasına rağmen siyanobakteriler kapsamak klorofil b okyanusta[4][5] Proklorokok 1986'da keşfedildi[6]).[7] Bu keşiften yola çıkan araştırmacılar, okyanustaki ötrofikten oligotrofik alanlara kadar bir besin gradyanı boyunca deniz bakterilerinin değişen rolünü gözlemlediler.

Mikrobiyal döngüyü kontrol eden faktörler

Mikrobiyal döngünün etkinliği, yoğunluğuyla belirlenir. deniz bakterileri içinde.[8] Bakteriyel yoğunluğun temel olarak küçük protozoaların ve çeşitli taksonomik flagellat gruplarının otlatma aktivitesi tarafından kontrol edildiği anlaşılmıştır. Ayrıca viral enfeksiyon, hücre içeriğini tekrar hücreye salan bakteriyel lizise neden olur. çözünmüş organik madde (DOM) havuzu, mikrobiyal döngünün genel verimliliğini düşürür. Viral enfeksiyondan kaynaklanan ölüm oranı, protozoa otlatma ile neredeyse aynı büyüklüktedir. Bununla birlikte, tek hücreli otlatma ile karşılaştırıldığında, viral parçalanmanın etkisi çok farklı olabilir, çünkü parçalama, her deniz bakterisine yüksek oranda konukçuya özgüdür. Hem protozoan otlatma hem de viral enfeksiyon, bakteriyel büyümenin ana fraksiyonunu dengeler. Buna ek olarak, mikrobiyal döngü ötrofik alanlardan ziyade oligotrofik sularda hakimdir - burada, mineral besinlerin sık sık taze beslenmesi nedeniyle (örneğin, ılıman sularda ilkbahar çiçeklenmesi) klasik plankton besin zinciri baskındır. yükselen alanlar). Mikrobiyal döngünün etkinliğinin büyüklüğü, radyoaktif etiketli substratların (örn. tritiated timidin veya lösin).

Deniz ekosistemlerinde önemi

Mikrobiyal döngü, çoğu deniz organizmasında tipik olarak bulunmayan çözünmüş organik maddenin (DOM) kullanımı yoluyla deniz besin ağının verimliliğini artırmada özellikle önemlidir. Bu anlamda proses, organik madde ve besin maddelerinin geri dönüşümüne yardımcı olur ve enerji transferinin termoklin. % 30'dan fazlası çözünmüş organik karbon Bakterilere dahil edilen (DOC) solunur ve şu şekilde salınır karbon dioksit. Mikrobiyal döngünün su kolonundaki diğer ana etkisi ise hızlanmasıdır. mineralleşme besin değeri sınırlı ortamlarda (örneğin oligotrofik sular) üretimi yeniden oluşturarak. Genel olarak, tüm mikrobiyal döngü bir dereceye kadar tipik olarak deniz ekosistemindeki tüm çok hücreli deniz organizmalarının kütlesinin beş ila on katıdır. Deniz bakterileri, okyanus ortamlarının çoğunda besin ağının temelini oluşturur ve hem deniz besin ağlarının hem de önemli su süreçlerinin (balıkçılığın üretkenliği ve okyanus tabanına ihraç edilen karbon miktarı gibi) trofik verimliliğini artırır. Bu nedenle mikrobiyal döngü, birincil üretimle birlikte okyanustaki deniz sistemlerinin üretkenliğini kontrol eder.

Pek çok planktonik bakteri hareketlidir, yayılmak için kamçı kullanır ve kemotaks bir nokta kaynağını bulmak, ona doğru hareket etmek ve ona bağlanmak için çözünmüş organik madde (DOM) hızlı büyüyen hücrelerin parçacığın tamamını veya bir kısmını sindirdiği yer. Bu tür yamalarda sadece birkaç dakika içinde birikme doğrudan gözlemlenebilir. Bu nedenle su sütunu, tamamen karışık bir sistemden çok, küçük ölçekte mekansal olarak organize edilmiş bir yer olarak düşünülebilir. Bu yama oluşumu, mikrobiyal döngüde biyolojik olarak aracılık edilen madde ve enerji transferini etkiler.

Günümüzde mikrobiyal döngünün daha genişlediği düşünülmektedir.[9] Tipik bakterilerdeki kimyasal bileşikler (DNA, lipidler, şekerler vb.) Ve abiyotik olarak oluşturulan mikropartiküllerde partikül başına benzer C: N oranları değerleri bulunur. Mikropartiküller, bakteriyel planktonlar için potansiyel olarak çekici bir besin kaynağıdır. Bu durumda, mikrobiyal döngü, doğrudan transfer yolu ile uzatılabilir. çözünmüş organik madde (DOM) abiyotik mikropartikül oluşumu yoluyla daha yüksek trofik seviyelere. Bunun iki yönden ekolojik önemi vardır. Birincisi, karbon kaybı olmadan oluşur ve organik maddeyi sadece heterotrofik bakteriler yerine fagotrofik organizmalar için daha verimli bir şekilde kullanılabilir hale getirir. Dahası, genişletilmiş mikrobiyal döngüdeki abiyotik dönüşüm yalnızca sıcaklığa ve DOM'un toplanma kapasitesine bağlıyken, biyotik dönüşüm biyolojik kullanılabilirliğine bağlıdır.[9]

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b c Azam, Farooq; Fenchel, Tom; Field, J.G .; Gray, J.S .; Meyer-Reil, L.A .; Thingstad, F. (1983). "Denizdeki Su Sütunu Mikroplarının Ekolojik Rolü". Deniz Ekolojisi İlerleme Serisi. 10: 257–263. doi:10.3354 / meps010257.
  2. ^ Van den Meersche, Karel; Middelburg, Jack J .; Soetaert, Karline; van Rijswijk, Pieter; Boschker, Henricus T. S .; Heip, Carlo H.R. (2004). "Deneysel bir çiçeklenme sırasında karbon-nitrojen eşleşmesi ve algal-bakteriyel etkileşimler: a13C izleyici deneyinin modellenmesi". Limnoloji ve Oşinografi. 49 (3): 862–878. doi:10.4319 / lo.2004.49.3.0862. ISSN  0024-3590.
  3. ^ a b Pomeroy, Lawrence R. (1974). "Okyanusun Yemek Ağı, Değişen Bir Paradigma". BioScience. 24 (9): 499–504. doi:10.2307/1296885. ISSN  0006-3568.
  4. ^ Johnson, P. W .; Sieburth, J.M. (1979). "Denizdeki krookokoid siyanobakteriler: her yerde bulunan ve çeşitli fototrofik biyokütle". Limnoloji ve Oşinografi. 24 (5): 928–935. Bibcode:1979LimOc..24..928J. doi:10.4319 / lo.1979.24.5.0928.
  5. ^ Gieskes, W. W. C .; Kraay, G.W. (1983). "Bilinmeyen klorofil a Kuzey Denizi ve tropikal Atlantik Okyanusu'ndaki türevler HPLC analizi ile ortaya çıkarılmıştır ". Limnoloji ve Oşinografi. 28 (4): 757–766. Bibcode:1983LimOc..28..757G. doi:10.4319 / lo.1983.28.4.0757.
  6. ^ Chisholm, S. W .; Olson, R. J .; Zettler, E. R .; Waterbury, J .; Goericke, R .; Welschmeyer, N. (1988). "Yeni bir serbest yaşayan proklorofit, okyanusal öfotik bölgede yüksek hücre konsantrasyonlarında oluşur". Doğa. 334 (6180): 340–343. Bibcode:1988Natur.334..340C. doi:10.1038 / 334340a0.
  7. ^ Chisholm, Sallie W.; Frankel, Sheila L .; Goericke, Ralf; Olson, Robert J .; Palenik, Brian; Waterbury, John B .; West-Johnsrud, Lisa; Zettler, Erik R. (1992). "Prochlorococcus marinus nov. Gen. Nov. Sp .: divinil klorofil a ve b içeren bir oksifototrofik deniz prokaryotu". Mikrobiyoloji Arşivleri. 157 (3): 297–300. doi:10.1007 / bf00245165. ISSN  0302-8933.
  8. ^ Taylor, AH; Ortak, I (1990). "Tabakalı sistemlerde 'mikrobiyal döngünün' kararlı durum analizi". Deniz Ekolojisi İlerleme Serisi. Araştırmalar Arası Bilim Merkezi. 59: 1–17. doi:10.3354 / meps059001. ISSN  0171-8630.
  9. ^ a b Kerner, Martin; Hohenberg, Heinz; Ertl, Siegmund; Reckermann, Marcus; Spitzy Alejandro (2003). "Nehir suyunda çözünmüş organik maddenin misel benzeri mikro partiküllere kendi kendine organizasyonu". Doğa. Springer Science and Business Media LLC. 422 (6928): 150–154. doi:10.1038 / nature01469. ISSN  0028-0836.

Kaynakça

  • Fenchel, T. (1988) Marine Planktonic Food Chains. Ekoloji ve Sistematiğin Yıllık Değerlendirmesi
  • Fenchel, T. (2008) Mikrobiyal döngü - 25 yıl sonra. Deneysel Deniz Biyolojisi ve Ekoloji Dergisi
  • Fuhrman, J.A., Azam, F. (1982) Deniz yüzey sularında heterotrofik bakterioplankton üretiminin bir ölçüsü olarak timidin katılımı. Deniz Biyolojisi
  • Kerner, M, Hohenberg, H., Ertl, S., Reckermannk, M., Spitzy, A. (2003) Nehir suyunda çözünmüş organik maddenin misel benzeri mikro partiküllere kendi kendine organizasyonu. Doğa
  • Kirchman, D., Sigda, J., Kapuscinski, R., Mitchell, R. (1982) Bakterileri saymak için doğrudan sayma yönteminin istatistiksel analizi. Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji
  • Meinhard, S., Azam F. (1989) Planktonik deniz bakterilerinin protein içeriği ve protein sentez oranları. Deniz Ekolojisi İlerleme Serisi
  • Muenster, V.U. (1985) Plusssee Gölü DOM'daki farklı organik substratların yapısı, dağılımı ve dinamikleri hakkında araştırmalar. Hidrobiyoloji
  • Pomeroy, L.R., Williams, P.J.leB., Azam, F. ve Hobbie, J.E. (2007) "Mikrobiyal döngü". Oşinografi, 20(2): 28–33. doi:10.4319 / lo.2004.49.3.0862.
  • Stoderegger, K., Herndl, G.J. (1998) Bakteriyel Kapsüler Materyal Üretimi ve Salımı ve Deniz Bakteriyoplanktonu Tarafından Daha Sonra Kullanımı. Limnoloji ve Oşinografi