像許多陸地植物一樣 海草與固氮細(xì)菌共生

海草廣泛分布于溫帶和熱帶海域的淺海沿岸地區(qū)，面積達(dá)60萬平方公里，大致相當(dāng)于法國的面積。它們構(gòu)成了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是眾多生物的家園，其中一些是瀕臨滅絕的物種，如海龜、海馬和海牛，以及許多具有重要經(jīng)濟(jì)意義的魚類物種的育苗場(chǎng)。此外，海草保護(hù)海岸線免受風(fēng)暴潮的侵蝕，并每年吸收數(shù)百萬噸二氧化碳，這些二氧化碳作為所謂的“藍(lán)碳”長期儲(chǔ)存在生態(tài)系統(tǒng)中。

盡管缺乏營養(yǎng)，但仍能過上茂盛的生活

許多海草的棲息地在一年中的大部分時(shí)間里都缺乏營養(yǎng)，例如氮。盡管氮以元素形式 (N2)在海中含量豐富，但海草不能以這種形式使用它。植物怎么還能茁壯成長?這要?dú)w功于他們現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)的微觀伙伴：生活在植物根部的細(xì)菌共生體將 N2氣體轉(zhuǎn)化為植物可以使用的形式。來自德國不來梅馬克斯普朗克海洋微生物研究所、德國比爾海德拉海洋科學(xué)和瑞士水研究所 Eawag 的 Wiebke Mohr 和她的同事現(xiàn)在描述了海草和細(xì)菌之間這種密切關(guān)系是如何運(yùn)作的。

和諧在根

“人們假設(shè)海草的所謂固定氮來自生活在海底根部周圍的細(xì)菌，”莫爾解釋說。“我們現(xiàn)在表明這種關(guān)系更加密切：細(xì)菌生活在海草根部。這是首次在海草中顯示出如此密切的共生關(guān)系。以前只從陸生植物中得知，尤其是在農(nóng)業(yè)上重要的物種，如豆類、小麥和甘蔗。”這些也有共生細(xì)菌，它們向它們提供碳水化合物和其他營養(yǎng)物質(zhì)，以換取固定的氮。海草與其共生體之間也發(fā)生了非常相似的代謝產(chǎn)物交換。

生活在海草根部的細(xì)菌是一項(xiàng)新發(fā)現(xiàn)。Mohr 和她的團(tuán)隊(duì)將它們命名為Celerinatantimonas neptuna，以它們的宿主海王星草 (Posidonia)命名。先前已發(fā)現(xiàn)C. neptuna 的親屬與海藻有關(guān)。“當(dāng)海草在大約 1 億年前從陸地遷移到海洋時(shí)，它們可能從海藻中吸收了細(xì)菌，”莫爾推測(cè)。“他們實(shí)際上復(fù)制了在陸地上非常成功的系統(tǒng)，然后為了在營養(yǎng)貧乏的海水中生存，獲得了一種海洋共生體。”目前的研究著眼于Posidonia屬的海草在地中海。然而，這種共生也可能發(fā)生在其他地方。“遺傳分析表明，熱帶海草和鹽沼中也存在類似的共生關(guān)系，”莫爾說。“通過這種方式，這些開花植物設(shè)法在各種看似缺乏營養(yǎng)的棲息地中定居，無論是在水中還是在陸地上。”

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