미생물 생물 지리학

Microbial biogeography

미생물 생체지리학은 생물지리학의 하위집합으로, 시공간을 가로지르는 유기체의 분배를 염려하는 분야다.[1] 생물지질학은 전통적으로 식물과 더 큰 동물에 초점을 맞추었지만, 최근의 연구는 미생물의 분포 패턴을 포함하도록 이 분야를 넓혔다. "미생물 생물지리학"이라고 알려진 작은 규모로 생물지리학을 확장하는 것은 유전기술의 지속적인 발전으로 알려져 있다.

미생물 생물지리학의 목적은 미생물이 어디에 살고 있고, 어떤 풍요로우며, 그 이유를 밝히는 것이다. 따라서 미생물 생물 지리학은 생물다양성을 발생시키고 방해하는 근본적인 메커니즘에 대한 통찰력을 제공할 수 있다.[2] 미생물 생체지리학은 또한 특정 생물이 어디에서 생존할 수 있는지와 변화하는 환경에 어떻게 반응할 수 있는지를 예측하여 기후 변화 연구와 같은 몇 가지 다른 분야에도 적용할 수 있게 한다.

역사

Schewiakoff (1893년)는 자유생존 원생대의 세계적 서식지에 대해 이론화했다.[3] 1934년, 루렌스 바스 베킹은 캘리포니아의 소금 호수에서의 자신의 연구뿐만 아니라 전세계의 소금 호수에서 다른 사람들에 의한 연구를 바탕으로 "모든 것은 어디에나 있지만, 환경은 선택한다"[5]고 결론지었다.[4] 바스 베킹은 이 가설의 전반을 동료 마르티누스 베이제린크(1913년)의 탓으로 돌렸다.[6][7]

세계 미생물 분포에 대한 바스 베킹 가설은 나중에 다른 작품들에 의해 도전받게 될 것이다.[8][9][10][11]

미생물 대 거시조직 생물지리학

거시적 유기체(즉 육안으로 볼 수 있는 식물과 동물)의 생물지리학은 18세기부터 연구되어 왔다. 거시적 유기체의 경우 생물학적 패턴(즉, 특정 장소와 시간에 유기체 집합체가 나타나는 것)은 과거와 현재 환경 모두에서 발생하는 것으로 보인다. 예를 들어, 북극곰은 북극에 살지만 남극에 살지는 않지만, 그 반대는 펭귄에게는 사실이다; 비록 북극곰과 펭귄 모두 많은 세대에 걸쳐 추운 기후에 적응했지만, 북극과 남극 사이의 거리와 따뜻한 기후는 이러한 종들이 반대되는 것으로 확산되는 것을 막는다.ite 반구(현재 환경의 결과). 이는 어떤 종(種)이 (선택적 유전적 이유보다) 공간 전체에 물리적으로 분산하는 제한된 능력이 그것을 찾을 수 있는 지리적 범위를 제한하는 "지리적 거리와의 격리"로 알려진 생물학적 패턴을 보여준다.

미생물(즉, 곰팡이나 박테리아와 같이 육안으로 볼 수 없는 유기체)의 생체지리학은 유전기술의 지속적인 진보, 특히 처리량이 높은 값싼 DNA 염기서열화에 의해 가능해진 신흥 분야로, 이제는 분자 수준에서 미생물 생물학에 관한 글로벌 데이터셋의 분석이 가능하게 되었다. 과학자들이 미생물 생체지리학을 연구하기 시작했을 때, 그들은 높은 분산성과 많은 수의 미생물 때문에 생물지리학적 패턴의 부족을 예상했는데, 이것은 궁극적으로 지리적 거리를 부적절하게 만들 것으로 기대되었다. 실제로 미생물 생태학에서 "모든 것은 어디에나 있지만 환경이 선택하는 것"이라는 루렌스 바스 베킹의 반복된 말은 환경이 생태학적으로 적절한 한 지질학적 장벽은 무관하다는 것을 의미하게 되었다.[12] 그러나 최근의 연구들은 미생물 생물의 생물학적 지질학적 패턴에 대한 명확한 증거를 보여주는데, 이것은 이러한 일반적인 해석에 도전한다: 미생물 생물학적 지질학적 패턴의 존재는 환경적 선택에는 지리적뿐만 아니라 역사적 사건도 포함한다는 생각을 뒷받침하는 동시에 "모든 것이 어디에나 있다"는 생각에 이의를 제기한다. 미생물 집단에 영구적인 서명을 남길 수 있다.[2]

미생물 생물 지리학적 패턴은 종종 거시 유기체의 패턴과 유사하다. 미생물들은 일반적으로 거리 부패 관계, 풍요-범위 관계, 라포포포트의 규칙과 같이 잘 알려진 패턴을 따른다.[13][14] 이는 미생물과 거시 유기체 사이의 많은 차이, 특히 그 크기(미생물 대 미터), 세대 간 시간(분 대 년), 분산성(지구 대 지역)을 고려할 때 놀라운 일이다. 그러나 미생물의 생물학적 패턴과 거시적 유기체 사이에 중요한 차이점이 존재하며, 그 기초적인 생물지질 프로세스의 차이(예: 표류, 분산, 선택, 돌연변이)에서 비롯될 가능성이 높다. 예를 들어, 분산은 미생물과 더 큰 유기체 모두에게 중요한 생물학적 지리적 과정이지만, 작은 미생물들은 대기를 통해 이동함으로써 훨씬 더 큰 범위에 걸쳐 그리고 훨씬 더 큰 속도로 분산될 수 있다(더 큰 동물들의 분산은 그 크기 때문에 훨씬 더 제약된다).[2] 그 결과 북반구와 남반구 모두에서 많은 미생물 종을 발견할 수 있는 반면, 더 큰 동물은 일반적으로 양쪽이 아닌 하나의 극에서만 발견된다.[15]

구별 패턴

역방향 다양성 구배

더 큰 유기체는 종 다양성에서 위도 구배를 보이는 경향이 있는데, 열대지방에 더 큰 생물다양성이 존재하고 더 온화한 극지방으로 갈수록 감소한다. 이와는 대조적으로, 실내 곰팡이 공동체에[14] 대한 연구는 미생물 다양성이 열대 지역보다 온대 지역에서 현저하게 높다는 것을 발견했다. 같은 연구 결과, 건물마다 차이가 현저하게 다른 것이 어느 특정 위치에서나 동일한 실내 곰팡이 성분을 나타냈으며, 그 장소에서는 근접성과 유사성이 증가하였다. 그러므로 실내 기후를 통제하려는 인간의 노력에도 불구하고, 외부 환경은 실내 곰팡이 성분의 가장 강력한 결정인자로 보인다.

양극 위도 분포

특정 미생물 집단은 반구와 보완 위도에 존재한다. 이러한 '양극성'(또는 '항아열대') 분포는 거시 유기체에서 훨씬 드물다. 거시 유기체는 위도 구배를 나타내지만, '지리적 거리에 의한 이질화'는 양극성 분포를 방지한다(예: 북극곰은 양쪽 극에서 발견되지 않는다. 대조적으로, 해양 표면 박테리아에[15] 대한 연구는 위도 구배뿐만 아니라 양쪽 극지방에서 유사한 인구를 가진 상호보완성 분포도 보여주었는데, 이는 "지리적 거리에 의한 분리"가 없음을 시사했다. 이는 미생물들이 대기를 통과해 이동함으로써 높은 속도와 먼 거리에서 분산되는 경향이 있기 때문에, 기초적인 생물지질학 과정, 분산에서의 차이 때문일 것이다.

계절변동

미생물 다양성은 단일 지리적 위치에서 현저한 계절적 패턴을 보일 수 있다. 이는 (실제 존재하는 종보다) 집요한 종들이 상대적으로 풍부하게 분포되어 있는 상황에서 미생물 집단 구성이 변동할 수 있는 큰 동물에서는 볼 수 없는 미생물 특징인 숙면성 때문이다. 이것은 "씨드 뱅크 가설"[16]로 알려져 있으며, 우리가 생태 복원력과 변화해야 할 문턱에 대해 이해하는 데 시사하는 바가 있다.[17]

적용들

지시 팬스퍼리아

팬스퍼미아는 혜성, 소행성, 유성체를 통해 우주 전체에 생명체가 분포할 수 있음을 암시한다. 팬스퍼미아는 생명이 진공 상태, 강렬한 방사선, 극한의 온도, 이용 가능한 영양소의 부족을 특징으로 하는 가혹한 우주 환경에서 살아남을 수 있다고 가정한다. 많은 미생물이 포자를 형성하거나 저메타볼릭 숙면 상태에 들어가 그러한 스트레스 요인을 피할 수 있다.[18] 미생물 생체지리학에 관한 연구는 미생물이 각각의 환경 조건이 유리한 상황에서 숙소에서 성공적으로 나올 수 있는 능력이 거의 모든 생태계에서 관찰되는 미생물 다양성의 높은 수준에 기여한다는 것을 보여주기도 했다.[19] 따라서 미생물 생물지질학은 미생물이 혹독한 우주환경으로부터 스스로를 보호할 수 있고, 조건이 안전할 때 나타나는 것을 알 수 있으며, 또한 그들이 착륙할 수 있는 곳이라면 어디에서나 생물다양성을 증진시키기 위해 그들의 거주능력을 이용할 수 있다고 예측하기 때문에 팬스퍼미아에 적용될 수 있다.

지시된 팬스퍼증은 다른 행성을 식민지화하기 위한 미생물의 의도적인 수송이다. 만약 지구와 같은 환경을 식민지로 만드는 것을 목표로 한다면, 미생물 생물 지리학은 그러한 임무의 생물학적 탑재량에 대한 결정을 알려줄 수 있다. 특히 미생물은 라포포포트의 법칙에 따라 위도 범위를 나타내는데, 위도(적도 부근)가 높은 위도(극 부근)에 사는 유기체보다 작은 위도 범위 내에서 발견된다고 한다. 따라서 이상적인 생물학적 페이로드에는 광범위한 기후를 견딜 수 있는 높은 수준의 미생물이 포함된다. 이러한 널리 퍼진 유기체들이 미생물 집단에서도 드물고 고유 유기체에 직면했을 때 더 약한 경쟁자가 되는 경향이 있기 때문에 이것이 반드시 명백한 선택은 아니다. 그럼에도 불구하고, 그들은 다양한 기후에서 살아남을 수 있기 때문에 불확실한 환경 조건을 가진 생명체가 없는 지구 같은 행성에서 살기에 이상적일 것이다. 극단적 성애자들은 우주 환경을 견딜 만큼 강하지만, 주어진 극단성애 종은 생존하기 위해 매우 특정한 기후를 필요로 하기 때문에 지시된 팬스퍼리아에 이상적이지 않을 수 있다. 그러나 만약 대상이 우리 태양계의 행성이나 달과 같이 지구에 더 가까웠다면, 잘 정의된 표적 환경에 대해 특정한 극단적 종을 선택하는 것이 가능할지도 모른다.

참고 항목

참조

  1. ^ Brown, Mark V. Lomolino, Brett R. Riddle, Robert J. Whittaker, James H. (2010). Biogeography (4th ed.). Sunderland, Mass.: Sinauer Associates. ISBN 9780878934942.
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