代謝を混ぜ合わせる:食べることと光合成をすることができる微生物が、環境の変化の中でどのように進化していくのかを研究(Mixing Up Metabolism:Researchers investigate how microbes that can both eat and photosynthesize might evolve in a changing environment)

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2022-11-07 カリフォルニア大学サンタバーバラ校(UCSB)

2つの混合栄養生物株が温度と光量の変化にどのように適応するかを見るために、3年にわたる実験を実施した。その結果、一方の株は温度が高くなると光合成をしなくなるように進化していることがわかり、これが気候に影響を与える可能性があることがわかった。また、この結果は、自然淘汰は柔軟性の低い特性を持つ生物により強い影響を与える可能性があるという考えも支持している。
1つは常に光合成をしなければならない個体群、もう1つはある状況下でしか光合成をしない個体群で実験した。それぞれの個体群を、2つの光量レベルと3つの温度体制に分けた。研究者たちは、実験期間中、定期的に対照群(24℃で進化)と各実験群を比較した。対照群を実験条件下に置くと、その条件下に置かれ続けた実験群と比較して、どのような結果が得られたかを記録した。このデータをもとに、研究者たちは実験期間中にさまざまな集団がどのように変化していくかを見極めることができた。
研究者らは、特に光合成を常に行っている株から、温度が高くなると異所栄養が全般的に増加することに気づいた。
このことは、気候危機によって、混合栄養生物が地球上の炭素循環に果たす役割が変化する可能性を示唆している。混合栄養生物は、特に栄養分の乏しい外洋のプランクトンでは、これまで科学者が認識していたよりも一般的な存在である。混合栄養生物が従属栄養型にシフトすれば、より多くのCO2を生産し、気候変動に寄与することになる。その結果、気温がさらに上昇し、栄養の乏しい海域が拡大し、フィードバック・ループが生じる可能性があるのだ。

<関連情報>

混合栄養ナノ鞭毛藻の温暖化に対する進化的適応の証拠 Evidence for evolutionary adaptation of mixotrophic nanoflagellates to warmer temperatures

Michelle Lepori-Bui,Christopher Paight,Ean Eberhard,Conner M. Mertz,Holly V. Moeller
Global Change Biology  Published: 15 September 2022
DOi:https://doi.org/10.1111/gcb.16431

Abstract

Mixotrophs, organisms that combine photosynthesis and heterotrophy to gain energy, play an important role in global biogeochemical cycles. Metabolic theory predicts that mixotrophs will become more heterotrophic with rising temperatures, potentially creating a positive feedback loop that accelerates carbon dioxide accumulation in the atmosphere. Studies testing this theory have focused on phenotypically plastic (short-term, non-evolutionary) thermal responses of mixotrophs. However, as small organisms with short generation times and large population sizes, mixotrophs may rapidly evolve in response to climate change. Here, we present data from a 3-year experiment quantifying the evolutionary response of two mixotrophic nanoflagellates to temperature. We found evidence for adaptive evolution (increased growth rates in evolved relative to acclimated lineages) in the obligately phototrophic strain, but not in the facultative phototroph. All lineages showed trends of increased carbon use efficiency, flattening of thermal reaction norms, and a return to homeostatic gene expression. Generally, mixotrophs evolved reduced photosynthesis and higher grazing with increased temperatures, suggesting that evolution may act to exacerbate mixotrophs’ effects on global carbon cycling.

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