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ガイド: Zhao Ze 校正者: Zhang Lu、Ju Feng
沿岸生態系は人間の社会経済的発展、地球規模の気候制御、生物地球化学サイクルにおいて重要な役割を果たしていますが、地球規模の気候変動や人為的撹乱の影響も受けます。海岸帯水層には豊富な微生物資源が含まれており、水圏における炭素、窒素、硫黄などの重要な元素の生物地球化学的サイクルを推進します。沿岸潮間帯の地下水・表層水連続体では、微生物は潮汐擾乱による海底地下水の流出過程に伴って輸送・拡散し、地下水と沿岸海水の異なる水圏環境の選択圧の影響も受けます。
潮間帯の微生物はリズミカルな変化を示しますか? 研究により、ヒトやマウスなどの腸内微生物は、宿主の概日リズムに合わせて概日リズムの変化（約12時間）を示すことがわかっています。イネの根圏の微生物も光によって駆動され、概日リズム特性を示します。沿岸域では、シオマネキなどの潮間帯の動植物は、概日リズムに加えて、潮汐周期（～12.5時間）と密接に関係した潮汐リズムの特徴を示します。微生物は環境の日内変化に適応する体内時計遺伝子を持っており、それによって微生物群集は内因性の概日リズムを作り出すことができるが、では、微生物群集は外部環境の変化に応じて外因性の潮汐リズムを作り出すことができるのだろうか？
この問題に対応して、西湖大学工学部のJu Feng氏のチームは、江蘇省塩城湿地の潮間帯で現地調査と研究を実施した。塩城湿地は中国最大の海岸湿地自然保護区であり、太平洋西海岸最大の泥だらけの潮間帯湿地です。ハイスループットシーケンスやモデルフィッティングなどの分子生態学的手法と組み合わせた連続時系列サンプリングにより、塩性湿地の潮間帯の表層水域の微生物群集のリズミカルなパターンが潮汐擾乱下で潮汐に応答し、明らかにされます。陸源汚染水投入の潮間環境への影響 準地域地下水における微生物群集の多様性、組成、および群集形成プロセス。研究結果は、環境分野で国際的に有名な学術誌「Water Research」に「潮間帯地下水面水連続体における微生物叢のリズム性と群集集合を形成する流体力学的および人為的撹乱」というタイトルで掲載された。著者のJu Feng氏は責任著者であり、西湖大学の著名な研究者であり、共同研究者にはLi Ling教授と西湖大学生態環境研究所のチームメンバーが含まれます。
論文リンク: https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120236
研究チームは2020年8月に江蘇塩城ヘラジカ自然保護区を訪れ、塩性湿地湿地にある2つの典型的な潮汐クリークからサンプルを収集した（図1）。地表水サンプルは、潮汐周期全体をカバーするために、自然の潮溝 (NT) の時系列観測点 (NTS) 間隔で 1 時間ごとに収集されました。潮間帯の地下水サンプルは、自然の潮溝と人間の活動の影響を受けた潮溝（HT）の上流から下流まで、さまざまな潮位で収集されました。16S rRNA 遺伝子配列に基づく水生微生物群集の解析。
図 1: 自然の潮汐クリーク (NT) と人為的な潮汐クリーク (HT) のサンプル収集。実線は地下水収集点を示し、三角形は時系列の地表水収集点 (NTS) を示します。
潮流による海底地下水の流出プロセスは、栄養塩や汚染物質の沖合への流出を促し、その中の微生物群集にも影響を与えますが、高解像度の時系列サンプルを通じて微生物の動的な変化を解析したこれまでの研究はありません。研究チームは、自然の潮汐表層水の時系列サンプルの分析を通じて、ロム・スカーグルピリオドグラム（ロム・スカーグル）を通じて、潮間周期に応じた潮間表層水の微生物群集構造にリズミカルなパターンがあることを発見しました（図2A）。ピリオドグラム) ) 分析により、そのリズミカルな周期が潮汐周期 (約 12.5 時間) と一致するリズミカルな種が特定されました。リズム種は 2 つのカテゴリーに分類され、引き潮相での存在量が多いリズム種グループ (引き潮クラスター) は潮間帯での地下水の流出過程を示し (図 2B)、リズム種グループ (引き潮クラスター) は潮間帯での存在量が多いことを示しています。満潮時の豊富さ（洪水クラスター）は、沿岸海水の侵入プロセスを示しています。潮間帯の地下水と引き潮の表層水における同様の群集構造は、地下水の流出に伴う微生物のプロセスをさらに検証します。潮間帯の地下水と沿岸海水の異なる環境選択圧が、これら 2 種類のリズミカルな微生物集団を形成します。研究チームは、沿岸の地下水流出と海水侵入の微生物指標種として、属レベルで23の典型的なリズム種（地下水古細菌や海洋アンモニア酸化古細菌など）をスクリーニングした。
図2: (A) 自然の潮汐クリークの表層水中の微生物群集の構造は、干潮、春、春の潮の周期とともに変化する; (B) 小泳ぎ中の表層水中の微生物のリズミカルな存在量変動潮。
潮間水域の微生物群集構造に対する人間活動の影響を調査するために、研究チームは人間活動の影響を受けた潮溝（HT）内の潮間帯地下水サンプルをさらに収集しました。潮汐クリーの上流は陸源川に接続されており、下流の河口は四川省東部の河口に隣接しています。上流の陸源川と下流の川東川は海洋養殖地域と人間の生活地域を通過し、引き潮と満潮のときにそれぞれ栄養豊富な汚染水を潮溝に排出します。研究チームは、自然の潮溝地下水における微生物群集の比較分析を通じて、人為的に汚染された陸地の河川水が、潮汐による双方向の水交換を介して流出し、潮間帯の地下水に流入し、その結果、地下水の微生物の多様性が増加し、微生物群集間の差異が増大していることを発見した。そして、自然の潮溝地下水中の微生物群集構造には、有意な違いが示されました (図 3)。ヌルモデルに基づく微生物群集構築の解析により、栄養源投入と外因性水補給による拡散制限、漂流、微生物相互作用という3つの生態学的プロセスの強化が共同して地下水微生物群集の継承を促進することが示された。人間の活動が潮間帯の地下水微生物群集に及ぼす影響を分析すると、沿岸水域の生態学的健全性の評価と保護に微生物モニタリング指標を組み込むための新しい知識と有用な洞察が得られます。
図 3: 自然潮汐地下水 (NTG)、地表水 (NTS)、および人為影響を受けた潮汐地下水 (HTG) における微生物の多様性、群集構造、群集構築メカニズムおよび微生物相互作用。
微生物は、沿岸生態系における炭素や窒素の固定、温室効果ガスの排出、汚染物質の削減などの代謝プロセスに重要な役割を果たしており、沿岸域の物質変換やエネルギーの流れにおいて重要な役割を果たしています。本研究では、高解像度の時系列サンプリングに基づいて、潮汐によって駆動される潮間水微生物の潮汐リズム特性を初めて系統的に解析した。この研究で見つかった、潮間帯の地下水の流出と海水の侵入に関連するパターンのリズミカルな種の検出は、沿岸の水質監視を強化し、海底の地下水の流出によって引き起こされる潜在的な汚染源を特定するのに役立ちます。同時に、人間の活動と汚染物質の排出が潮間帯の地下水微生物群集に与える影響を明らかにすることは、沿岸の生態学的健全性の包括的なモニタリングと評価に重要なデータの裏付けとなるでしょう。この研究は、研究者や管理者が沿岸地域の微生物プロセスをより深く理解するのに役立ち、生物学的モニタリング、沿岸地域の生態系の科学的管理と保護のための貴重な洞察を提供します。
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環境微生物・バイオテクノロジー研究室
環境微生物学は環境中のすべての微生物とその遺伝情報を研究し、その方法論的基礎と理論的拡張応用は国際的な学術のフロンティアでありホットスポットです。ウェスト レイク大学の環境マイクロバイオームおよびバイオテクノロジー研究室は、環境工学と微生物学の学際的研究を行っており、その研究対象には、1) 環境マイクロバイオームとコミュニティ構築メカニズム、2) 抗生物質耐性グループとバイロームのモニタリングとリスクの予防と制御、3) 分解が含まれます。新しい汚染物質の変化と健康への影響。
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EMBLab 所長
西湖大学の特別研究員、博士課程指導教官（環境科学工学、生物学）、環境マイクロバイオームおよびバイオテクノロジー研究室（PI）所長のJu Feng氏が、中国生態学会の「水雲天微生物生態学青少年科学技術革新賞」を受賞した。 「中国大賞」（2018年）、香港科学協会「若手科学者賞」（2016年）など 過去 5 年間に、国家資金委員会の特別プロジェクト、科学技術省の国家重点研究開発プログラム、省重点研究開発プログラムを含む 5 つのプロジェクトに着手または参加し、は浙江省優秀青少年基金プロジェクトによって資金提供されました。過去 10 年間に SCI ジャーナルに 68 件の論文を発表。これには、Nature Communications、Advanced Science (2 件の論文)、ISME Journal (5 件の論文)、Microbiome (2 件の論文)、Environment Science & Technology (12 件の論文)、Water Research (9 件の論文) が含まれます。 ) など この分野で有名なジャーナル; 4600 以上の引用、H-index 30。現在、浙江省沿岸地帯環境資源研究重点研究所の副所長、『微生物フロンティア』副編集長、中国工程院工学部編集委員、生命科学工学部編集委員、環境工学部編集委員を務める。 Science & Ecotechnology、Journal of Environmental Sciences、およびその他の SCI ジャーナルの青少年編集委員会。
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