在气候变暖的情况下海藻的微生物群可能介导疾病

tretching沿着澳大利亚南部海岸8000公里，大南礁是一个被低估生物多样性热点地区拥有数百种特有物种。在这里，一片巨大的海藻森林覆盖着棕色，金色和绿色的海藻居民，在岩石礁中占主导地位，形成了无数鱼类，甲壳类动物和软体动物的栖息地。但是有一种物种在森林上占主导地位：黄褐色的海带Ecklonia radiata。

悉尼大学的生态学家Ziggy Marzinelli说：“这是一个巨大的，这个物种的传播，”他已经研究了海藻十多年了。“[辐射松]支撑了澳大利亚这一地区的许多生物多样性和生态功能。”

2015年，大南方珊瑚礁被研究人员命名，以提高其形象并促进对其保护的投资。像地球上的许多生态系统一样，珊瑚礁的海藻森林面临着许多不断增加的环境压力。E. radiata居住在温带水域，但由于气候条件，疾病，污染和海胆入侵物种的捕食，它曾经在一些繁盛的地区完全消失。

在调查海洋中的损害时，Marzinelli注意到同样的细菌群体倾向于在海藻上徘徊，显示出起泡，漂白和组织退化等疾病迹象。这让他想到海藻微生物组是否可能介导疾病以及微生物 - 海藻相互作用如何在未来几年海洋变暖时发挥作用。

几年前，Marzinelli及其同事决定测试这些想法。他们确保使用12个实验性的中型 - 玻璃纤维罐，在悉尼北部海岸的海洋中连续泵入水。然后科学家们在海洋中进行水肺潜水，并将大约70株海带植物带回了他们的新家。根据政府间气候变化专门委员会的报告，利用2081年至2100年的海洋温度和酸化预测，该团队通过将二氧化碳加热或鼓泡到海带上游的水中来模拟未来环境。

研究人员将他们的设置划分为四组三个罐，研究人员记录了海藻在温暖(23.5°C)，酸化(pH略低于8)或温暖和酸化海水两周内的表现。环境条件(21℃，pH约8.2)。

在实验中，单独变暖似乎并未对藻类健康产生太大影响，该团队通过计算海带叶片上的水泡以及测量海藻进行光合作用的效率来监测。但在酸化条件下，无论水温如何，海带的健康状况都会恶化。研究合着者志光“银河”邱说：“当他们开发这些水泡时，有点讨厌。”西悉尼大学博士后，在新南威尔士大学攻读博士学位期间从事该项目。他说，水泡起始于在海藻表面生长和发育的微小气泡。“然后，在起泡的最后阶段，它们会分解，因此整个海藻都充满了洞。”水泡的进展破坏了海藻的细胞结构并削弱了它进行光合作用的能力，他补充说。

E. radiata支撑着澳大利亚这一地区的许多生物多样性和生态功能。

-Ziggy Marzinelli，悉尼大学

研究人员还定期擦拭海藻表面以获取DNA，以确定哪些微生物与海藻结合，以及该群落的组成如何随时间而变化。DNA序列显示，海带微生物组的变化先于海带健康的衰退，这表明一些微生物可能是罪魁祸首而不是旁观者(Proc R Soc B，286：20181887,2019)。

Marzinelli说，这些发现意味着气候变化可能通过改变海带微生物组间接地影响海藻。环境条件可以改变微生物群落组成“并通过引起漂白，组织腐烂和影响光合作用而对宿主产生巨大影响。。。。如果他们不能做[光合作用]，那么他们就会处于非常糟糕的状态。“

关于微生物驱赶疾病的可能性，“结果具有启发性，但绝不是决定性的，”不列颠哥伦比亚大学的微生物生态学家和进化生物学家劳拉·帕弗瑞说。Parfrey说微生物群落的变化非常小，但是建议科学家在考虑气候变化对物种的影响时应该考虑与微生物群的相互作用。

微生物组在海带健康中的作用与科学家研究其他物种的方法有关，芝加哥大学的海洋生态学家Cathy Pfister说，他没有参与这项研究。例如，“我认为[这个]结果是非常可能的，并且在某种程度上回应了我们对珊瑚及其共生体的了解。”珊瑚主持光合作用藻类，以及一系列细菌和其他微生物，最近的研究表明可以发挥作用对漂白的适应力的作用。

Pfister补充说，这项新研究增加了研究人员认为单一物种的这种海带系统可能真的是一种全息生物 - 一种由宿主及其过多的微生物形成的超级有机体。“我们真的只是在了解这一点上。”

参见“意见：个人大于他们的部分总和”

关于目前的研究，“有一个与Ecklonia有关的丰富微生物群落，”Pfister说。“我想知道：这个微生物财团如何帮助或伤害海藻?这种互动的性质是否随着环境的变化而变化?“

该研究的结果令人惊讶的是，在最激烈的条件下 - 海水既温暖又相对酸性 - 病态海带的微生物组最终与环境条件下的健康海藻相似。一种可能的解释是“极端的环境场景杀死病原体，然后原始的微生物群落反弹，”邱假定。Marzinelli解释说，在那时，受到破坏的海藻也可能为时已晚，但这一发现突显了宿主，其微生物组和环境因素之间相互作用的复杂性。

在这项研究之后，科学家培养了他们的实验确定可能成为疾病先兆的一些微生物物种，然后用它们接种海藻以观察疾病是否表现出来。Marzinelli说，未发表的结果表明，一些微生物类群“明显会导致漂白和组织降解”。“但是其他一些人什么都不做。”虽然他们的丰富度恰好与海带病有关，但它们似乎并没有起到直接的因果作用。

弄清楚哪些微生物做了什么，以及它们如何促进宿主的健康，将是一项艰巨的任务。“这非常复杂，因为微生物的多样性令人惊叹，”Marzinelli说道，并补充说海洋中的微生物细胞数量使已知宇宙中的恒星数量相形见绌。“这些数字令人兴奋。”