在預測物種豐富度時，體型似乎是一個基本且可重復的預測因素，體型較小的生物比體型較大的生物數(shù)量更多。有一點需要注意，即所謂的伯曼規(guī)則，即在極地地區(qū)，體型較大的生物占主導地位。影響物種豐富度的其他因素包括光照、食物供應、競爭和捕食。
阿肯色大學生物科學研究小組的新發(fā)現(xiàn)為我們了解物種豐富度增加了遺傳因素。
基因組大小，即單個完整基因組的一個拷貝中所含的 DNA 總量，也可以作為物種豐度的有力預測指標。該論文研究了硅藻，這是一種在淡水和海洋食物網(wǎng)中發(fā)揮重要作用的單細胞藻類。它們產(chǎn)生長鏈脂肪酸，如魚油和其他脂質，作為能量。硅藻產(chǎn)生的能量分子沿著食物網(wǎng)向上傳遞，從浮游動物到水生昆蟲，再到魚類，再到人類。
硅藻在光合作用中也發(fā)揮著重要作用，光合作用是將二氧化碳轉化為氧氣的過程。據(jù)估計，地球上 20%-25% 的氧氣來自硅藻，比雨林和陸地植物的氧氣還要多。
關鍵發(fā)現(xiàn)是溫度和基因組大小(而非體型)對硅藻的最大種群增長率影響最大。然而，體型在較冷的緯度地區(qū)仍然很重要，這符合伯曼定律。
這篇題為《通過基因組大小預測極地海洋中硅藻的豐度》的論文由生物科學系的三位作者發(fā)表在《PLOS Biology》上：阿爾弗森實驗室的博士后研究員韋德·羅伯茨;副教授亞當·西皮爾斯基;以及阿爾弗森實驗室教授兼主任安德魯·阿爾弗森。
羅伯茨指出，硅藻的基因組大小對于細胞功能及其適應不斷變化的環(huán)境的能力至關重要。
“在浮游植物中，細胞大小與基因組大小高度相關，”羅伯茨解釋道。“我們早就知道這一點了。但我們不確定是細胞大小決定了基因組大小還是反之亦然。我們能夠通過路徑分析直接測試這一點以確定方向性。我們發(fā)現(xiàn)基因組大小的增加導致細胞大小的增加。因此，我們確認基因組大小決定了細胞大小。”
不同物種的硅藻基因組大小可能相差 50 倍，但遺傳物質的差異大部分是由重復 DNA 構成的。DNA 編碼構成生命基石的蛋白質，但尚不清楚細胞如何利用這些重復 DNA。據(jù)估計，只有約 2% 的人類基因組編碼基因。
總體而言，該論文的結果表明，所有生命的基本特征——基因組的大小，可以預測全球范圍內(nèi)的物種豐富度，從而促進了對物種豐富度的理解。
“大型生物在極地地區(qū)更為豐富，”羅伯茨說。“哺乳動物和其他多細胞生物確實如此。但我們不知道浮游植物是否也是如此。現(xiàn)在我們可以根據(jù)溫度預測群落組成。這將幫助我們預測大型硅藻是否能夠在變暖的水域中生存。”
在一個變暖的地球上，這可能意味著大細胞硅藻的減少和氧氣輸出量的潛在下降。
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