트리코데스뮴

Trichodesmium
트리코데스뮴
Trichodesmium bloom off Great Barrier Reef 2014-03-07 19-59.jpg
그레이트 배리어 리프에서 트라이코드뮴이 피다.
과학적 분류 e
도메인: 박테리아
망울: 시아노박테리아
클래스: 남조류
순서: 오실레이터목
패밀리: 미크로콜레아과
속: 트리코데스뮴
에렌버그 전 고몬트, 1892년
종

트리코데스뮴 콘토르툼
트리코데스뮴 에리스라움
트리코데스뮴힐데브란티
트라이코데스뮴 라디안
트라이코드뮴 테누에
트리코데스뮴도둑나방아목

삽화

바다 톱밥이라고도 불리는 트리코데스뮴은 필라멘트성 시아노박테리아의 속이다. 그것들은 영양소가 부족한 열대와 아열대 해양수역(특히 호주 주변과 홍해에서 발견되는데, 그곳에서 쿡 선장이 처음 설명한 것이다.)에서 발견된다. 트리코데스뮴은 디아조트로프다. 즉, 대기 질소를 암모늄으로 고정시킨다. 암모늄은 다른 유기체들이 사용하는 영양소다. 트리코데스뮴은 전세계 해양 시스템의 질소 고정의 거의 절반을 차지할 정도로 질소를 저울에 고정하는 것으로 생각된다.[1] 트리코데스뮴은 이성질소를 사용하지 않고도 에어로빅 조건에서 햇빛에 질소를 고정할 수 있는 것으로 알려진 유일한 디아조트로프다.[2]

트리코데스뮴은 수십~수백 개의 세포가 함께 묶여 있거나, 수십~수백 개의 필라멘트로 구성된 군락에서 개별 필라멘트로 살 수 있다.[3] 이러한 군락은 육안으로 볼 수 있고 때로는 표면의 해상에 광범위하게 분포할 수 있는 꽃을 형성하기도 한다. 이러한 큰 꽃들은 "바다 톱밥/스트로우"라는 인식이 널리 퍼지게 했다. 사실, 홍해는 트리코데스뮴 에리스라움에서 해당하는 색소로부터 대부분의 eponymous coloration을 얻는다. 트리코데스뮴 군락은 박테리아, 규조류, 디노플라겔레이트, 원생동물, 요각류 등 많은 작은 해양 생물들에게 유사하게 기질을 제공한다. 이런 방식으로, 이 속은 복잡한 미세 환경을 지원할 수 있다.

종

Tricodesium erythraeum – Ehrenberg가 1830년에 기술했다.[4] T. 홍해는 꽃피는 동안 홍해를 변색시키는 역할을 하는 종이다. 이것은 지금까지 그 속에 들어 있는 유일한 유전체로서 대부분의 실험실 연구의 초점이다(트리코드뮴 IMS 101).

트리코데스뮴 도벽돌기 – 1892년 고몬트에 의해 설명된다.[5]

트리코데스뮴 힐데브란티움 – 1892년 고몬트에 의해 설명된다.[5]

트라이코드뮴 콘ortium – 1904년 Wille에 의해 설명됨.[6]

트라이코드뮴 테뉴 – 1904년 Wille에 의해 설명됨.[6]

트라이코드뮴 라디안 – 1904년 Wille에 의해 설명됨.[6]

세포구조

대부분의 시아노박테리아와 마찬가지로 트리코데스뮴도 그램의 음성 세포벽을 가지고 있다. 그러나 다른 에어로빅 디아조트로프와는 달리 트리코데스뮴에는 헤테로시스트(질소효소를 산소화로부터 보호하는 시아노박테리아에서 발견된 구조물)가 부족하다. 이는 낮에 질소를 고정하는 에어로빅 디아조트로프 중에서도 독특한 특징이다. 광합성은 보통 다른 디아조트로피에서 이성질체 내에서 발견되는 가벼운 수확의 피코빌리프로틴인 피코베리트린을 사용하여 발생한다.

트라이코데스뮴은 태즈메니아 늑대를 국부적으로 쌓아두는 대신 세포 전체에서 발견된 태즈메니아 늑대를 분해했다. 트라이코데스뮴은 고농축이며, 바쿠올의 함량과 크기는 주간 변동을 나타낸다. 대형 가스 베시클(T. erythaeum에서 볼 수 있는 주변부 또는 T. tidebautii에서 볼 수 있는 세포 전체에 분포된 것으로 확인됨)은 트리코데스뮴이 물기둥의 부력을 조절할 수 있도록 한다. 이러한 가스 베실체는 물기둥에 100~200m까지 있는 고압에도 견딜 수 있어 트리코데스뮴이 물기둥을 통해 영양분을 수확하는 수직으로 이동할 수 있다.[7]

질소 고정

N은2 대기 중에 가장 풍부한 화학 물질이다. 그러나 대부분의 생물학적 과정에서는 이원자 질소를 사용할 수 없다. 질소 고정은 대기 중 이원자 질소를 암모늄과 질소산화물과 같은 생물학적으로 사용 가능한 형태의 질소로 변환하는 과정이다. 이 과정은 질소 원자 사이의 삼중 결합을 깨기 위해 상당한 양의 에너지를 필요로 한다.[8]

트리코데스뮴은 해양 펠릭스 시스템의[7] 주요 디아조트로피질이며, 해양 펠로마틱 시스템에 서식하는 영양소의 "새로운" 질소의 중요한 공급원이다. 트리코데스뮴에 의한 질소 고정의 전지구 입력은 연간 약 60-80Tg(메가톤 또는 10g12) N으로 추정되었다.[9] 트리코데스뮴의 질소 고정은 디아조트로프들 사이에서 독특한데, 그 과정은 (광합성을[2] 통해) 산소 생성과 동시에 발생하기 때문이다. 다른 시아노박테리아에서는 N과2 CO2 감소가 공간(산소로부터 민감한 질소효소 효소를 보호하기 위해 헤테로시스트 사용)이나 시간에 분리된다. 그러나 트라이코데스뮴은 이질소가 부족하고 일광 시간에는 질소 고정 피크가 절정에 이르며(아침에 개시된 다이엘 플럭스에 이어 한낮에 최대 고정률에 도달하고 밤에는 활동을 중단한다)[7] 이 수수께끼의 첫 번째 실현 이후, 트리코데스뮴은 두 공정을 분리하는 뚜렷한 구조 없이 산소 생산 상황에서 어떻게 질소 고정화가 일어날 수 있는지를 발견하기 위해 많은 연구의 초점이 되어 왔다.

억제제 연구들은 심지어 광시스템 II 활동이 이 유기체의 질소 고정에 필수적이라는 것을 밝혀냈다. 질소고정을 담당하는 효소인 질소효소는 산소에 의해 불가역적으로 억제되기 때문에 이 모든 것이 언뜻 보기에 모순적으로 보일 수도 있다. 그러나 트리코데스뮴은 메흘러 반응을 수행하여 광합성을 질소 고정에 이용하는데, 이때 PSI에 의해 생성된 산소가 PSI 후에 다시 감소한다. 질소 고정을 위한 광합성 규제는 빛 획득 안테나인 피코빌리솜을 PSI와 PSII와 빠르게 가역할 수 있는 결합을 포함한다.[10]

생태학

SW태평양 바누아투와 뉴칼레도니아 사이에 있는 트리코데스뮴 에리스라움 꽃이 핀다.
형태학적 등급으로 분류된 트리코드뮴 군집의 예
(A) 방사 퍼프, (B) 비방사 퍼프, (C) 투프트.[11]
해양 시아노박테리아 트리코데스뮴 군락
먼지로부터 철분을 얻기 위해 다른 박테리아와 상호작용하다.
a. 열대 및 아열대 해역에서 흔히 발생하는 N-픽싱2 트라이코드뮴 spp는 중요한 영양소로 대양을 수정하는 데 큰 환경적 의의가 있다.
trichodesium은 먼지의 침적률이 높은 영양소가 부족한 해양 지역에서 대규모의 꽃을 피울 수 있는데, 이는 부분적으로 먼지를 포착하고, 중심에 놓고, 이후에 녹이는 독특한 능력 때문이다.
c. 제안된 분진결합 Fe 획득 경로: 군집 내에 거주하는 박테리아는 군집 중심부의 먼지 입자와 반응하여 용해된 Fe(C-II)를 생성하는 시데로포어(C-I)를 생성한다. 이 용해된 Fe는 시데로포레스에 의해 복잡하게 되어, 트리코데스뮴과 그 거주 박테리아(C-III) 양쪽 모두에 의해 획득되어, 컨소시엄의 양쪽 파트너에게 상호 이익을 가져다 준다.[12]

트라이코드뮴은 과두성 수역에서 발견되는데, 물이 잔잔하고 혼합층 깊이가 얕을 때(약 100m) 종종 발견된다.[13] 트라이코드뮴은 주로 20~34℃ 사이의 물에서 발견되며 서부 경계 해류의 열대 및 아열대 해양에서 자주 발견된다.[13] 그것의 존재는 질소가 부족한 물에서 더 뚜렷하게 나타나며, 꽃이 피면 쉽게 볼 수 있으며, 표면에 커다란 트리코즈뮴 군락을 가두었다.[14]

디아조트로프로서 트리코데스뮴은 해양 생태계의 새로운 질소 중 많은 부분을 기여하는데, 이는 연간 60~80Tg의 질소를 생산할 것으로 추정된다.[10] 트리코데스뮴에 의해 고정된 질소는 세포에 의해 직접 사용되거나, 그라저를 통해 먹이 사슬에 들어가거나, 용해된 웅덩이로 방출되거나, 심해로 수출될 수 있다.[8]

진핵 식물성 플랑크톤에 비해 트리코데스뮴은 성장 속도가 느리는데, 이는 고에너지지만 과두성 수역의 낮은 영양 조건에서의 생존 적응이라는 가설을 세워왔다. 성장률은 물 속의 철과 인산염 농도에 의해 제한된다. 이러한 제한 영양소를 얻기 위해 트리코데스뮴은 가스 vacuole을 이용하여 부력을 조절할 수 있고 물기둥 전체에서 수직으로 이동하여 영양소를 수확할 수 있다.[13]

식민지

다양한 종류의 트리코드뮴이 형성된 군집의 형태학과 구조에 기초하여 설명되어 왔다. 집락은 몇 개에서 수백 개의 트리콤으로 이루어진 집락으로 구성될 수 있으며, 병렬로 정렬할 경우 방추형("Tufts"라고 함) 집락을 형성하거나 방사상으로 정렬할 경우 구형("Puffs"라고 함)[7] 집락을 형성할 수 있다.

트라이코드뮴 군락은 박테리아, 곰팡이, 규조류, 요각류, 튜네이트, 수조류, 원생동물 등 다른 유기체와의 연관성이 큰 것으로 나타났다. 이 군락들은 표면의 물에 은신처, 부력, 그리고 어쩌면 식량의 원천을 제공할 수도 있다. 이러한 연관성의 대부분은 균등한 것으로 보이며 트리코데스뮴은 기질과 영양을 제공하는 동시에 군락 내에 거주하는 유기체로부터 뚜렷한 이익을 얻지 못한다.[15]

블룸스

트라이코드뮴은 표면의 물에서 크고 눈에 보이는 꽃을 형성한다. 발트해, 홍해, 카리브해, 인도양, 북대서양과 북태평양, 호주 연안에서 꽃들이 묘사되어 왔다.[16] 가장 초기의 꽃들 중 하나는 E에 의해 묘사되었다. 홍해의 듀퐁은 수면 위를 붉은 색으로 물들임으로 주목받았다. 이 꽃의 길이는 약 256해리 정도라고 한다. 대부분의 꽃들은 수 킬로미터의 길이로 1달에서 수개월까지 지속된다. 꽃은 해안이나 해양 해역에서 형성될 수 있는데, 가장 빈번하게 물은 일정 기간 정지해 있고 표면 온도는 27℃를 초과할 때 발생한다.[17]

트라이코드뮴 개화는 탄소, 질소, 그리고 다른 영양소를 환경으로 방출한다. 트리코데스뮴의 일부 종은 일부 요각류, 물고기, 굴에서 사망을 일으키는 독소를 배출하는 것으로 나타났다. 또한, 꽃들은 트리코드뮴 꽃이 피는 동안 이 독소를 생물학적으로 축적한 생선을 섭취한 후 인간에게 폐독증을 유발하는 독소를 방출하는 것으로 알려져 있다. 이러한 꽃의 더 큰 영향은 해양 생태계에 중요할 가능성이 높고 많은 연구의 원천이다.[10] 고반사성 가스 vacuole을 사용하여 Trichodesium 꽃을 쉽게 탐지할 수 있도록 하는 위성 영상을 사용하여 꽃을 추적하고 추적한다.[18]

앞으로 몇 년 동안 인공적인 영향으로 개화가 증가할 것으로 예상된다. 환경의 인산염 하중은 제한된 인산염과 관련된 성장 제약을 줄이고 꽃 발생을 증가시킬 수 있다.[14] 마찬가지로, 지구 온난화는 층화를 증가시키고 혼합 층의 깊이를 얕게 할 것으로 예상된다. 이 두 가지 요인은 모두 트리코드뮴 꽃과 관련이 있으며, 향후 꽃 발생의 증가를 초래할 수도 있다.[10]

참조

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  3. ^ Capone, Douglas G.; Zehr, Jonathan P.; Paerl, Hans W.; Bergman, Birgitta; Carpenter, Edward J. (1997-05-23). "Trichodesmium, a Globally Significant Marine Cyanobacterium". Science. 276 (5316): 1221–1229. doi:10.1126/science.276.5316.1221. ISSN 0036-8075. S2CID 53710858.
  4. ^ Ehrenberg,E.O. (1830). "Neue Beobachtungen u¨ber blauartige. Erscheinungen in Aegypten und Siberien nebst einer Ubersicht und Kritik der fru¨her bekannten". Ann Phys Chem. 18 (4): 477–514. doi:10.1002/andp.18300940402.
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참고 문헌 목록

  • 카나, T.M. (1993) 트리코데스뮴 도둑바우티에서 급속 산소 순환. Limnology and Oceanography 38: 18–24.
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외부 링크