WR：城環所楊軍組揭示亞熱帶水庫浮遊有殼蟲群落構建受隨機性過程影響比確定性過程更強

2020-08-23 微生物組

有殼蟲（又稱有殼變形蟲、或有殼肉足蟲）是一類單細胞原生生物，其細胞被殼體所包裹，可以通過殼口伸出偽足進行攝食和運動。它們個體微小、分布廣泛、多樣性高，從熱帶到極地地區在淡水、半鹹水和土壤中均有發現，在水生和陸地生態系統的生物地球化學循環和能量流動中發揮重要作用。在全球範圍內，已經被描述的有殼蟲形態種約有2000個。有殼蟲能夠在內陸水體沉積物和溼地環境中長期保存，同時對環境生態變化反應敏感，能夠指示氣候、水文以及水質等變化。因此，近20年來有殼蟲已發展成為備受關注的新型指示生物。然而，以往的長時間系列有殼蟲生態研究主要集中在沉積物環境，目前仍然缺乏長時間尺度上水體浮遊有殼蟲群落變化過程和機制的研究。

探究真核微生物群落構建的基本生態過程已成為微生物生態學的一個核心主題，但目前尚未形成共識，仍然存在爭論。例如，基於生態位過程的經典理論中，確定性因素（包括當地環境條件、物種間相互作用）控制著局域群落的組成和動態。但是，隨機性過程包括出生、死亡、遷移和擴散事件等對於調控局域物種組成也發揮重要作用。目前普遍接受的觀點是，生物群落構建同時受到確定性過程和隨機性過程的共同影響。此外，確定性和隨機性過程的相對重要性會受到物種擴散能力和生態環境梯度的影響。目前，中性理論在水生態系統中的普適性缺乏相應的充分驗證，我們對隨機性過程影響浮遊生物群落構建的認知還十分有限，尤其在有殼蟲群落中。

圖1 兩座亞熱帶水庫的採樣站位

中國科學院城市環境研究所水生態健康研究組（楊軍團隊）採用環境DNA宏條形碼技術、高通量測序技術和多元統計方法，研究了七年時間內兩座亞熱帶水庫表層水體浮遊有殼蟲群落動態過程及構建機制。結果顯示，有殼蟲在所有真核浮遊生物群落中基本上屬於稀有種，它們的相對豐度低於總豐度的0.01％。在兩座水庫中，有殼蟲群落動態變化表現出的年際變化幅度強於季節變化，其中物種豐富度的差異是造成群落差異的主要原因。環境變量對有殼蟲群落組成變化的解釋量不到20％，暗示隨機性過程可能是有殼蟲群落構建的主要驅動力。通過群落中性模型分析，發現隨機性過程能夠解釋超過65％的有殼蟲群落變化。更重要的是，零模型分析結果表明：儘管確定性過程在某些年份表現出更強的影響，但總體而言，在七年時間尺度上隨機性過程（以生態漂變為主）比確定性過程對有殼蟲群落變化具有更大的貢獻。

本研究首次強調了隨機性過程對內陸水體有殼蟲群落構建的重要性。為理解淡水生態系統中浮遊有殼蟲群落長期變化的生態格局、過程以及機制提供了新視角和新思路。此外，有殼蟲作為浮遊生物群落稀有種、生態功能種、環境指示種，對監測浮遊生物的多樣性和保護飲用水資源具有重要意義。在未來研究浮遊生物群落構建和基於有殼蟲群落重建環境變化時，應充分考慮隨機性過程的影響。

圖2 論文摘要圖

研究成果以Seven-year dynamics of testate amoeba communities driven more by stochastic than deterministic processes in two subtropical reservoirs 為題發表在環境科學與生態學領域國際期刊Water Research, 2020, 185: 116232。博士生王文平為第一作者，楊軍研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、福建省自然科學基金等項目的資助。

10000+：菌群分析 寶寶與貓狗 梅毒狂想曲 提DNA發Nature Cell專刊 腸道指揮大腦

系列教程：微生物組入門 Biostar 微生物組 宏基因組

專業技能：學術圖表 高分文章 生信寶典 不可或缺的人

相關焦點

  • 城市環境所水庫浮遊有殼蟲群落長期動態過程與機制研究獲進展
    此外，確定性和隨機性過程的相對重要性會受到物種擴散能力和生態環境梯度的影響。目前，中性理論在水生態系統中的普適性缺乏相應的充分驗證，當前研究對隨機性過程影響浮遊生物群落構建的認知還十分有限，尤其在有殼蟲群落中。
  • 中科院:亞熱帶分層水庫浮遊細菌研究獲進展
    原標題：亞熱帶分層水庫浮遊細菌研究獲進展 　　7月30日，記者從中科院城市環境研究所獲悉，該所水生態健康研究組在亞熱帶分層水庫浮遊細菌研究中獲得最新進展。相關成果發表於《科學報告》雜誌。 　　我國是水庫大國，多數水庫位於亞熱帶地區，具有向城鎮居民供水的重要功能。
  • 城市環境所揭示水庫水位波動對水華藻類的影響
    已有研究表明水華藍藻等浮遊藻類可對光、溫度、營養鹽的變化做出顯著響應，然而在氣候變化和人類活動加劇背景下，人們對水量-水質-浮遊生物的生態耦合關係，特別是對水庫水文變化過程對藻類群落和水華藍藻影響的認知還十分有限。
  • 水庫細菌群落分類組成與抗生素耐藥功能基因變化過程研究獲進展
    水環境是抗生素抗性基因重要的儲存庫，自然水體受市政汙水、農業徑流等人類活動影響，可為抗性基因的增殖和傳播提供理想的環境條件。研究表明，在生活汙水、養殖廢水等抗生素含量較高的環境中，細菌群落物種分類組成變化與抗生素抗性基因動態密切相關。然而，在低抗生素選擇壓力的自然水體中，細菌群落組成對抗生素抗性基因動態變化的影響研究較少。
  • 城市環境所在水庫藍藻水華發生和消退後浮遊生物群落動態方面取得...
    中國科學院城市環境研究所水生態健康研究組（楊軍團隊）採用高通量DNA測序技術和生態統計方法，比較分析藍藻水華期和水華後優勢和稀有真核浮遊生物亞群落組成的時空分布特徵、探討影響群落組成變化的控制因子，並結合網絡分析揭示優勢和稀有真核生物間的互作關係與機制。研究表明，藍藻水華事件顯著地改變了稀有種亞群落的組成和多樣性，但並未顯著影響優勢種的多樣性。
  • 城市環境所在亞熱帶分層水庫浮遊細菌研究中獲進展
    我國是水庫大國，多數水庫位於亞熱帶地區，具有向城鎮居民供水的重要功能。在有一定水深的水庫中，水體的季節性熱垂直分層每年都經歷發生、發展和消亡的周期性演化過程，必然對水庫物理、化學和生物過程具有驅動和控制作用。不同水層的微生物地球化學過程與水質密切相關，相關的微型生物群落對分層的響應規律與機制逐步成為近年來學術界的研究熱點之一。
  • 城市環境所在水庫藍藻水華發生和消退後浮遊細菌群落動態研究中...
    在自然水體中，自由生和附著生細菌在生活方式、群落組成、豐度等方面存在顯著差異，但是人們對亞熱帶分層水庫中兩種生活方式的浮遊細菌群落對藍藻水華的響應模式、生活方式轉變及控制因素的認知還十分有限。　　中國科學院城市環境研究所水生態健康研究組（楊軍團隊）綜合應用高通量測序技術、螢光定量PCR和顯微觀測的方法，對水庫微囊藻（藍藻）水華發生及消退過程中自由生和附著生細菌群落的時空動態及影響機制進行了研究。
  • 人和自然對瀘沽湖有殼蟲群落產生了什麼影響?
    甚至，受人類活動影響相對較小的高原湖泊，也面臨著水質惡化、生態退化和生物多樣性喪失等生態環境問題。 高原湖泊的保護與管理，離不開對湖泊生態系統長期演化過程和規律的系統認知。然而，在千年的時間尺度上，我們對高原湖泊生態系統的演化過程和規律，還缺乏系統全面的認知。
  • 人和自然對瀘沽湖有殼蟲群落產生了什麼影響？
    甚至，受人類活動影響相對較小的高原湖泊，也面臨著水質惡化、生態退化和生物多樣性喪失等生態環境問題。高原湖泊的保護與管理，離不開對湖泊生態系統長期演化過程和規律的系統認知。然而，在千年的時間尺度上，我們對高原湖泊生態系統的演化過程和規律，還缺乏系統全面的認知。
  • 浮遊細菌廣布種和狹布種的生物地理格局與共存模式
    浮遊細菌群落具有極高的物種多樣性，是水生生態系統的重要組成部分，在全球生物地球化學循環中發揮著關鍵作用。
  • 土壤生物體型影響群落構建—新聞—科學網
    孫波供圖       近日，中國科學院南京土壤研究所研究員孫波團隊在《自然—通訊》上發表了土壤生物體型影響群落構建的研究成果。 土壤微生物多樣性產生和維持的微生物群落構建機制是微生物生態學的基本問題。控制微生物種內遺傳多樣性的進化過程包括突變、選擇、基因流動以及遺傳漂變，與之對應，控制微生物種間多樣性的生態過程包括物種形成、選擇、擴散和生態漂變。
  • PNAS:問微生物群落演替之隨機性與確定性過程-誰主沉浮
    並為了更好地理解所觀察到的模式背後的機制，作者開發了一個生態模擬模型，揭示了選擇性環境的變化如何導致群落裝配過程的變化。 摘要 生態演替和隨機性過程與確定性過程之間的平衡是微生物生態學的兩大主題，但這些概念領域的發展大多是相互獨立的。
  • 青藏高原所揭示凍土成土年齡影響土壤微生物群落對凍土融化的響應
    微生物活動驅動凍土中有機碳的分解，因此，微生物群落組成及其功能變化能夠深刻影響凍土融化過程中的有機質分解和溫室氣體排放。研究表明，不同年齡凍土的微生物多樣性及群落結構存在較大差異，但學界尚不確定對土壤微生物群落影響更大的因素是凍土成土年齡還是融化程度。
  • 南京土壤所在土壤生物體型影響群落構建研究中獲進展
    土壤微生物多樣性產生和維持的微生物群落構建機制是微生物生態學的基本問題，控制微生物種內遺傳多樣性的進化過程包括突變、選擇、基因流動以及遺傳漂變，與之對應，控制微生物種間多樣性的生態過程包括物種形成、選擇、擴散和生態漂變。在微生物生態學中，選擇是確定性過程，漂變是隨機性過程，擴散和多樣化通常被認為是隨機過程，但在某些情況下也可以是確定性過程。
  • 植物所在亞熱帶森林群落生物多樣性維持機制研究中取得進展
    歷史上，中國亞熱帶常綠闊葉林經歷過頻繁、大規模的人為幹擾，絕大部分原生性植被，特別是低海拔地區的原生地帶性植被多已消失殆盡，少量保存的原始林也大多破碎化嚴重，亟需開展保護和修復。然而，由於對亞熱帶森林群落多樣性維持機制缺乏足夠的認識，如何保育和修復我國各類退化亞熱帶森林生態系統面臨著核心理論「瓶頸」。
  • 長期施肥下土壤固氮菌群落構建研究取得進展
    在宏觀生態學理論中，群落的構建機制是生物多樣性產生和維持的核心研究內容。生態位理論和中性理論常被用來解釋群落的構建過程。生態位理論強調的是確定性過程的作用，即環境過濾和種間相互作用對群落的影響；中性理論強調的是隨機性過程的作用，即隨機擾動、隨機擴散以及隨機的出生、死亡對群落的影響。
  • 中科院城市環境所在微型浮遊生物群落研究方面取得進展
    浮遊生物是湖庫生態系統的主要組成部分，在物質循環、汙染物降解和水體自淨等方面發揮基礎和關鍵作用。水庫微型真核浮遊生物（0.2-200 μm）包括原生動物、藻類、低等真菌和小型後生動物等，具有個體微小、種類多樣、分布廣泛等特點。
  • ZooSCAN在浮遊動物群落特徵與水溫關係研究中的應用
    在海洋生態系統中，浮遊動物佔據著食物鏈的一個中心位置，它是初級生產力向高營養級進行傳遞的中間傳遞者，也是浮遊食物網、物質循環及能量流動的關鍵組成部分（圖1），並且在海洋生物地球化學循環中也起著重要的作用。因此，它們的豐度、生物量、群落和粒徑結構的變化是體現整個生態系統是否健康的重要指標。
  • 隨機過程(二) 隨機過程的基本概念
    根據這個定理, 我們可以看到一個隨機過程的有限維分布函數族完全確定了這個隨機過程的分布, 同時也指明了隨機過程的存在性.隨機過程的數值特徵與分類 正如我們在學習統計學中所知道的, 在真實的物理問題中, 我們通過實驗能夠測定的其實是隨機變量的各階矩, 然後我們通過這些數值特徵去反推概率分布. 類似地, 對於隨機過程, 我們也得研究其數值特徵, 然後通過實驗測得的數值特徵去反推隨機過程的特徵.
  • 版納植物園揭示沿海拔梯度的雀形目鳥類群落構建機制
    版納植物園揭示沿海拔梯度的雀形目鳥類群落構建機制 2018-03-20 西雙版納熱帶植物園 【字體：大 中 小】