在預(yù)測(cè)物種豐富度時(shí)，體型似乎是一個(gè)基本且可重復(fù)的預(yù)測(cè)因素，體型較小的生物比體型較大的生物數(shù)量更多。有一點(diǎn)需要注意，即所謂的伯曼規(guī)則，即在極地地區(qū)，體型較大的生物占主導(dǎo)地位。影響物種豐富度的其他因素包括光照、食物供應(yīng)、競(jìng)爭(zhēng)和捕食。
阿肯色大學(xué)生物科學(xué)研究小組的新發(fā)現(xiàn)為我們了解物種豐富度增加了遺傳因素。
基因組大小，即單個(gè)完整基因組的一個(gè)拷貝中所含的 DNA 總量，也可以作為物種豐度的有力預(yù)測(cè)指標(biāo)。該論文研究了硅藻，這是一種在淡水和海洋食物網(wǎng)中發(fā)揮重要作用的單細(xì)胞藻類。它們產(chǎn)生長(zhǎng)鏈脂肪酸，如魚油和其他脂質(zhì)，作為能量。硅藻產(chǎn)生的能量分子沿著食物網(wǎng)向上傳遞，從浮游動(dòng)物到水生昆蟲，再到魚類，再到人類。
硅藻在光合作用中也發(fā)揮著重要作用，光合作用是將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣的過程。據(jù)估計(jì)，地球上 20%-25% 的氧氣來自硅藻，比雨林和陸地植物的氧氣還要多。
關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是溫度和基因組大小(而非體型)對(duì)硅藻的最大種群增長(zhǎng)率影響最大。然而，體型在較冷的緯度地區(qū)仍然很重要，這符合伯曼定律。
這篇題為《通過基因組大小預(yù)測(cè)極地海洋中硅藻的豐度》的論文由生物科學(xué)系的三位作者發(fā)表在《PLOS Biology》上：阿爾弗森實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員韋德·羅伯茨;副教授亞當(dāng)·西皮爾斯基;以及阿爾弗森實(shí)驗(yàn)室教授兼主任安德魯·阿爾弗森。
羅伯茨指出，硅藻的基因組大小對(duì)于細(xì)胞功能及其適應(yīng)不斷變化的環(huán)境的能力至關(guān)重要。
“在浮游植物中，細(xì)胞大小與基因組大小高度相關(guān)，”羅伯茨解釋道。“我們?cè)缇椭肋@一點(diǎn)了。但我們不確定是細(xì)胞大小決定了基因組大小還是反之亦然。我們能夠通過路徑分析直接測(cè)試這一點(diǎn)以確定方向性。我們發(fā)現(xiàn)基因組大小的增加導(dǎo)致細(xì)胞大小的增加。因此，我們確認(rèn)基因組大小決定了細(xì)胞大小。”
不同物種的硅藻基因組大小可能相差 50 倍，但遺傳物質(zhì)的差異大部分是由重復(fù) DNA 構(gòu)成的。DNA 編碼構(gòu)成生命基石的蛋白質(zhì)，但尚不清楚細(xì)胞如何利用這些重復(fù) DNA。據(jù)估計(jì)，只有約 2% 的人類基因組編碼基因。
總體而言，該論文的結(jié)果表明，所有生命的基本特征——基因組的大小，可以預(yù)測(cè)全球范圍內(nèi)的物種豐富度，從而促進(jìn)了對(duì)物種豐富度的理解。
“大型生物在極地地區(qū)更為豐富，”羅伯茨說。“哺乳動(dòng)物和其他多細(xì)胞生物確實(shí)如此。但我們不知道浮游植物是否也是如此?，F(xiàn)在我們可以根據(jù)溫度預(yù)測(cè)群落組成。這將幫助我們預(yù)測(cè)大型硅藻是否能夠在變暖的水域中生存。”
在一個(gè)變暖的地球上，這可能意味著大細(xì)胞硅藻的減少和氧氣輸出量的潛在下降。
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