微生物海洋学.

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1 微生物海洋学

2 摘要：地球上的生命大多数都是起源于海洋里的微
小生物。在过去的35亿年里,微小的生物产生并发展， 形成了地球的生物圈，使得微生物不断进化，并形 成了生物群落，其中包括人类社会。最近在技术上 的进步使得很多以前不知道的包括许多海洋微生物 的遗传方面的信息，从蛋白质家族到代谢途径被揭 晓并得到高度关注。这是一个有利的时机，运用近 期在环境分子生物学，metagenomics，遥感测控 微生物的方法，以及生态模型的建立，可以实现对 海洋微生物以及它们适应环境随之改变的了解。目 前的海洋生物学确实是一个充满机遇和令人激动地 领域。

3 海洋微生物学是一门融合了海洋微生物，环境微生物学和海洋学的新学科，它研究微生物在海洋生态系统的生化动力学方面所起的作用。

4 发现的历程 微生物海洋学这一领域的研究开始与1677年Antonie van leeuwenhoek发现海洋微生物。然而，现代利用采样技术和可信的方法学对海洋微生物以及它们在海洋生态系统中发挥的作用的研究还只有几十年的历史

5 海洋栖息地和其中的微生物群落 微生物栖息于所有的海洋生态系统中，从热带到寒带海域，从表层水域到深层海域

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7 案例1:视紫红质蛋白光和自养 Béjà 等18从来自一种不可培养的海洋gammaproteobacterium的
环境基因组部分中检测到一种新的视网膜结合色素，它属于微生 物视紫红质超家族。而且，他们用实验证明这种新的视紫红质蛋白 （PR）具有光驱动的蛋白泵的功能并显示这一代谢路径可能参与一 种未被认识到的非光合海洋微生物的光能捕捉

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10 个案2：海洋系统的代谢平衡 在表层水域光合微生物光合作用制造的氧通常多于其呼吸 作用消耗的氧（GPP＞R）所以氧被累计; 海洋中溶氧相
对于空气中氧浓度过渡饱和是不常见的

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13 个案3: 海洋中层的圆齿古细菌生物学 最近对海洋微生物学贡献最大的是不嗜热的浮游古细菌的发现
Pearson 等40和 Wuchter 等41提供的证据显示海洋中层的古细菌也许具有自养代谢。

14 个案研究4: 一个海洋中的气象台 —ALOHA站。
开放海洋生态系统，例如AlOHA站，可用低浓度的生物可利用的固定的氮来描述，这使它们成为固定N2微生物的的选育繁殖的合适场所。

15 案例5：生态系统水平的营养扰动实验 用以评估生态系统对可控的营养扰动的反应得实地测量常在封闭的容器中进行，该容器中毫升到升为单位的海水，这些海水经过许多天的处理。这一实验方法的根本是假设在封闭的容器中微生物代谢的动力学可以准确的反映原位海洋的代谢率和生物合成,但是这一假设很难得到验证，因为没有与之对照的实验组

16 全生态系统的营养扰动实验最近在特定海域栖息地
实现了。人们将溶解的离子和惰性的追踪物（通常是 气体如硫氟化物（sF6））加进生态系统用以描绘作 用计量和控制散布性及迁移路线65,66。开放生态系统 实验的主要优点在于：研究大型生物体如中型浮游生 物甚至鱼类对微生物群落的影响；研究更长时间尺度 内如数天数月内的影响

17 未来的前景, 挑战和机遇 整合多学科的研究队伍，共同解决难题
将来的挑战包括：理解编码在微生物基因组中的信息如何在生态系统水平表达；理解微生物在能力捕获及消费，碳﹑有机物和微量元素循环和碳固定中的连接作用；发展新的生态学理论， 如果有需要， 来研究微生物的特性，包括但不限于种族概念和横向基因转移；对海洋进行大范围的多元化观察，以此为基础并比较这些观测得到的数据从而建立全面的生态模型以理解和预测由于人类的影响改变了气候而造成的微生物群路结构和功能的改变；建立多学科的科学家合作，他们的合作不只是例行例行公事的交流，从而解决长期的生态系统尺度的问题；培训下一代的科学家来解决科学和社会的挑战，包括环境政策，社会责任和公共教育等所有方面。