趨化性塑造了海洋微生物組的微觀組織

Chemotaxis shapes the microscale organization of the ocean’s ​Microbiome

趨化性（Chemotaxis）是生物體對化學刺激展現出定向運動的一種行為反應。在自然界中，細菌及其他單細胞或多細胞生物會根據環境中的化學物質趨向或遠離特定方向。例如，細菌能夠游向食物分子（如葡萄糖）以尋找營養，或避開有毒物質（如苯酚）以保護自身生存。微生物的趨化行為主要發生在高度結構化的微環境中，如生物膜、土壤孔隙、或宿主組織內。然而，在海洋這個流動不息、營養分布零碎的世界裡，趨化性的角色更顯關鍵，特別是在那些短暫卻營養豐富的「熱點」中。為了驗證這一機制，Jean-Baptiste Raina 等人開發了原位趨化性分析（In situ chemotaxis assays, ISCA）微流體平台，專門用於探測海洋微生物對溶解態有機物（Dissolved Organic Matter, DOM）的趨化反應。該平台由一組平行的微孔陣列構成，每個微孔均透過連接埠與外部海水相通。在部署 ISCA 之前，研究人員先將源自浮游植物的 DOM 加載到 ISCA 內部。部署後，ISCA 會產生模擬微型營養熱點的化學微羽（chemical microplumes），誘導具有趨化性的原核生物游入微孔內。隨後研究團隊以流式細胞儀精確量測其數量，進而量化不同 DOM 組成對微生物的吸引力。進一步，透過微尺度總體基因體學 ( Microscale metagenomics ) 分析 ，探討原核生物與浮游植物代謝物之間的特定關聯。研究結果顯示，海洋中原核生物的游動行為並非盲目，而是受到特定化學訊號的精細調控。這些信號在海洋生態系統中扮演關鍵角色，它們不僅影響重要的生物地球化學轉化過程，還決定了海洋食物網的建立與生態相互作用的動態發展。

Citation: Raina, Jean-Baptiste, et al. "Chemotaxis shapes the microscale organization of the ocean’s microbiome." Nature 605.7908 (2022): 132-138.