论文部分内容阅读
取一滴海水放在显微镜下观察，你会看到许多微小的浮游生物。如果你在海里游泳时吞过几口海水，那么很有可能你也吞下了许多浮游生物。
—半是植物，一半是动物
午后的阳光照耀着波光粼粼的水面，一切看起来异常平静。然而，在接近水面的浅水处，一群浮游生物正慵懒地游动着。它们利用太阳光的能量，通过光合作用合成着不同的营养物质。微小的生命体释放到海水中的糖类和氨基酸瞬间吸引了一群具有触手的赤潮纤毛虫蜿蜒直上。与3微米的光合浮游生物相比，22微米长的赤潮纤毛虫显然是个庞然大物。它们用触手捕食那些没能逃脱的鞭毛虫，吞进自己的体内，消化吸收掉。面对另一类猎物——粉红色的隐藻时，赤潮纤毛虫同样凶残，但口味更加挑剔。当这些捕食者吞噬和消化掉微小生物的部分碎片后，同时也拥有了进行光合作用的细胞器。有意思的是，这些细胞器被吞噬之后，仍然维持着完整的结构和功能。随着叶绿体的摄入，捕食者的身体也由最初的苍白色转化为更深的颜色。赤潮纤毛虫原本不具有像浮游植物一样的光合作用能力，但是，它们却可以策略性地使用被捕食者的细胞器，利用这些捕获的叶绿体进行光合作用，获取能量。 赤潮纤毛虫捕食获得的细胞器并不会在体内停留太久。潜伏在附近的另一种混合营养型生物的体积比赤潮纖毛虫更大，也具有更高超的捕食技巧，它们是不等鞭毛纲的鳍藻。鳍藻会围绕在赤潮纤毛虫的周边，发射出丝状的捕食叉，这些工具可以将被捕食者体内的细胞器（叶绿体）吸食进自己的身体。经过再次转移的叶绿体还可以在新的宿主体内迅速复制，为生命体提供能量。
浮游微生物，单细胞的海洋生物，是我们地球生命的重要形式，维系着全球的食物网。过去科学家认为，它们要么类似植物通过光合作用获取营养物质;要么类似动物，通过捕食猎物生存。但最新的研究表明，大多数浮游生物属于混合营养型：它们既能像植物一样进行光合作用，又能像动物一样捕食，获取营养。与浮游植物和浮游动物这两类纯粹营养型的生命体相比，混合营养型的浮游生物几乎成了一种奇特的物种。在陆地上也有少量混合捕食者，比如捕蝇草就算一例。
浮游生物的奇妙世界
很长一段时间里，科学家认为，在最基础的海洋食物网上，这类微生物是少数群体，主体还是浮游植物和浮游动物。其中，浮游植物能够利用光能和无机氮源完成增殖。而浮游动物则以浮游植物为食。最近研究发现，大多数单细胞浮游生物既不是纯粹的浮游植物，也不是纯粹的浮游动物，它们多数都属于混合营养型。混合营养型浮游生物同时兼具光合作用与捕食的特性，它们应该是大自然最青睐的物种才对。自然演化总是偏好具有更高效率的物种，只是以前的研究似乎没法证明混合营养型浮游生物大量存在。
相比于传统的捕食者和光合自养型浮游生物，混合营养型生物更具有优势，更能体现出海洋浮游生物的生态特征。混合营养型浮游生物是整个食物网的基本驱动力，也是海洋中几乎所有生命体之间营养循环的联系者。近十几年，从近海到远洋，从极地到赤道，科学家们已经从不同海域鉴定出各种混合营养型的浮游生物。他们会直接在科考船上开展实验。有时，他们也会把采集到的浮游生物样品拿到研究所进行研究。在研究所的专业实验室中，他们可以通过提供不同类型的营养物、捕食对象或者光照强度，研究和区分不同环境条件对混合营养型生物行为的影响。此前，多数研究者都认为他们的发现只是海洋中的偶然事件。但是，把这些证据汇总之后，得出了新的结论：混合营养型浮游生物在海水中大量存在。从可以摄入食物的植物到可以进行光合作用的动物，从2微米的微生物到稍大一点的毫米级浮游生物，混合营养型生物涵盖了广泛的海洋生命。
哥本哈根大学的研究团队、韩国首尔国立大学团队的研究都显示，混合营养型浮游生物具有活跃的光合作用，并且在进行光合作用的同时，能够更高效地捕食其他浮游生物。这种现象也可以理解为一种营养模式增强了另一种营养模式。在光照和营养物质丰富的情况下，这些混合营养型浮游生物比单一营养型具有更高的生长效率。
遍及全球的影响
在大西洋中部，覆盖着一片数干平方千米的营养稀缺区域。过去，科学家认为是浮游植物与海洋细菌在这一地区争夺溶解的无机营养物质（如铁和磷酸盐），导致这片海域出现无机营养物贫乏的现象。但是，科学家针对这片水域巡航采样时，发现了一个庞大的组成型混合营养种群，它们本身就能进行光合作用。基于最新观测，混合营养生物研究团队开发了两套食物网模拟器，一套基于传统的植物细菌竞争模型，另一套则加入了混合营养型。随后，科学家发现，基于混合营养型的模拟结果与实际观测到的营养含量及循环周期非常一致。细菌生长没有与浮游植物竞争，而是利用了混合营养型生物释放出来的糖和其他营养物质。然后，混合营养型生物再吃掉细菌，以此获得比正常海水更多的磷酸盐和铁。
当然，这些生物还有另一项非常关键的作用。相对于传统的浮游植物，混合营养型生物在碳固定（吸收海水中二氧化碳，最后沉淀下来）方面有更明显的优势。这一发现表明，如果地球上没有混合营养生物，二氧化碳之类的温室气体含量可能还会更高。
在近岸海域，混合营养生物的作用尤为重要，特别是对渔业具有深远的影响。2017年，借助包含不同混合营养生物类型的北海浮游生物模型，科学家发现当小的混合营养型物种吃掉海洋细菌时，它们的种群数量会增加，从而战胜其他可能会形成藻华的浮游生物。这些泡沫状的藻华并没有毒，但它们确实会阻挡阳光，给幼鱼的食物网络造成障碍阻碍它们成长。因此，藻华越少，鱼类也就越繁盛。混合营养生物在夏季浮游生物中占有优势，这对鱼类的健康也很重要。如果是纯粹的浮游植物，在春季增长期之后就会减少，脆弱的幼鱼不能完全依赖它们。但此时混合营养生物仍然充足，是鱼类在这段时期中非常有利的食物来源。现在，科学家调查了不同混合营养生物类群在全球海域的存在情况，完成了迈向认识这个全新系统的第一步。
—半是植物，一半是动物
午后的阳光照耀着波光粼粼的水面，一切看起来异常平静。然而，在接近水面的浅水处，一群浮游生物正慵懒地游动着。它们利用太阳光的能量，通过光合作用合成着不同的营养物质。微小的生命体释放到海水中的糖类和氨基酸瞬间吸引了一群具有触手的赤潮纤毛虫蜿蜒直上。与3微米的光合浮游生物相比，22微米长的赤潮纤毛虫显然是个庞然大物。它们用触手捕食那些没能逃脱的鞭毛虫，吞进自己的体内，消化吸收掉。面对另一类猎物——粉红色的隐藻时，赤潮纤毛虫同样凶残，但口味更加挑剔。当这些捕食者吞噬和消化掉微小生物的部分碎片后，同时也拥有了进行光合作用的细胞器。有意思的是，这些细胞器被吞噬之后，仍然维持着完整的结构和功能。随着叶绿体的摄入，捕食者的身体也由最初的苍白色转化为更深的颜色。赤潮纤毛虫原本不具有像浮游植物一样的光合作用能力，但是，它们却可以策略性地使用被捕食者的细胞器，利用这些捕获的叶绿体进行光合作用，获取能量。 赤潮纤毛虫捕食获得的细胞器并不会在体内停留太久。潜伏在附近的另一种混合营养型生物的体积比赤潮纖毛虫更大，也具有更高超的捕食技巧，它们是不等鞭毛纲的鳍藻。鳍藻会围绕在赤潮纤毛虫的周边，发射出丝状的捕食叉，这些工具可以将被捕食者体内的细胞器（叶绿体）吸食进自己的身体。经过再次转移的叶绿体还可以在新的宿主体内迅速复制，为生命体提供能量。
浮游微生物，单细胞的海洋生物，是我们地球生命的重要形式，维系着全球的食物网。过去科学家认为，它们要么类似植物通过光合作用获取营养物质;要么类似动物，通过捕食猎物生存。但最新的研究表明，大多数浮游生物属于混合营养型：它们既能像植物一样进行光合作用，又能像动物一样捕食，获取营养。与浮游植物和浮游动物这两类纯粹营养型的生命体相比，混合营养型的浮游生物几乎成了一种奇特的物种。在陆地上也有少量混合捕食者，比如捕蝇草就算一例。
浮游生物的奇妙世界
很长一段时间里，科学家认为，在最基础的海洋食物网上，这类微生物是少数群体，主体还是浮游植物和浮游动物。其中，浮游植物能够利用光能和无机氮源完成增殖。而浮游动物则以浮游植物为食。最近研究发现，大多数单细胞浮游生物既不是纯粹的浮游植物，也不是纯粹的浮游动物，它们多数都属于混合营养型。混合营养型浮游生物同时兼具光合作用与捕食的特性，它们应该是大自然最青睐的物种才对。自然演化总是偏好具有更高效率的物种，只是以前的研究似乎没法证明混合营养型浮游生物大量存在。
相比于传统的捕食者和光合自养型浮游生物，混合营养型生物更具有优势，更能体现出海洋浮游生物的生态特征。混合营养型浮游生物是整个食物网的基本驱动力，也是海洋中几乎所有生命体之间营养循环的联系者。近十几年，从近海到远洋，从极地到赤道，科学家们已经从不同海域鉴定出各种混合营养型的浮游生物。他们会直接在科考船上开展实验。有时，他们也会把采集到的浮游生物样品拿到研究所进行研究。在研究所的专业实验室中，他们可以通过提供不同类型的营养物、捕食对象或者光照强度，研究和区分不同环境条件对混合营养型生物行为的影响。此前，多数研究者都认为他们的发现只是海洋中的偶然事件。但是，把这些证据汇总之后，得出了新的结论：混合营养型浮游生物在海水中大量存在。从可以摄入食物的植物到可以进行光合作用的动物，从2微米的微生物到稍大一点的毫米级浮游生物，混合营养型生物涵盖了广泛的海洋生命。
哥本哈根大学的研究团队、韩国首尔国立大学团队的研究都显示，混合营养型浮游生物具有活跃的光合作用，并且在进行光合作用的同时，能够更高效地捕食其他浮游生物。这种现象也可以理解为一种营养模式增强了另一种营养模式。在光照和营养物质丰富的情况下，这些混合营养型浮游生物比单一营养型具有更高的生长效率。
遍及全球的影响
在大西洋中部，覆盖着一片数干平方千米的营养稀缺区域。过去，科学家认为是浮游植物与海洋细菌在这一地区争夺溶解的无机营养物质（如铁和磷酸盐），导致这片海域出现无机营养物贫乏的现象。但是，科学家针对这片水域巡航采样时，发现了一个庞大的组成型混合营养种群，它们本身就能进行光合作用。基于最新观测，混合营养生物研究团队开发了两套食物网模拟器，一套基于传统的植物细菌竞争模型，另一套则加入了混合营养型。随后，科学家发现，基于混合营养型的模拟结果与实际观测到的营养含量及循环周期非常一致。细菌生长没有与浮游植物竞争，而是利用了混合营养型生物释放出来的糖和其他营养物质。然后，混合营养型生物再吃掉细菌，以此获得比正常海水更多的磷酸盐和铁。
当然，这些生物还有另一项非常关键的作用。相对于传统的浮游植物，混合营养型生物在碳固定（吸收海水中二氧化碳，最后沉淀下来）方面有更明显的优势。这一发现表明，如果地球上没有混合营养生物，二氧化碳之类的温室气体含量可能还会更高。
在近岸海域，混合营养生物的作用尤为重要，特别是对渔业具有深远的影响。2017年，借助包含不同混合营养生物类型的北海浮游生物模型，科学家发现当小的混合营养型物种吃掉海洋细菌时，它们的种群数量会增加，从而战胜其他可能会形成藻华的浮游生物。这些泡沫状的藻华并没有毒，但它们确实会阻挡阳光，给幼鱼的食物网络造成障碍阻碍它们成长。因此，藻华越少，鱼类也就越繁盛。混合营养生物在夏季浮游生物中占有优势，这对鱼类的健康也很重要。如果是纯粹的浮游植物，在春季增长期之后就会减少，脆弱的幼鱼不能完全依赖它们。但此时混合营养生物仍然充足，是鱼类在这段时期中非常有利的食物来源。现在，科学家调查了不同混合营养生物类群在全球海域的存在情况，完成了迈向认识这个全新系统的第一步。