陳宜龍 中央研究院生物多樣性研究中心 博士後研究員 微秘笈 專欄 微生物環並非由微生物所形成的具體環狀結構,而是用以說明微生物在食物鏈中,能量轉移、物質傳遞上所涉及的途徑。 近年來人體腸道菌研究如日中天,對大眾來說,細菌等同病菌的觀點,開始逐漸動搖。細菌中也是有「好菌」,例如把健康人的腸道細菌植入患者腸道中,可以治療受頑固性困難梭狀桿菌(Clostridium difficile)感染的病人,而且這項技術可望納入我國的常規醫療(請見新聞報導)。 人體健康的維持深受體內菌叢的影響,反觀在整個地球生態系中,細菌所扮演的角色是什麼?它們又是如何調控生態系統的平衡及變化? 生物學及生態學教科書提到食物鏈(即古典食物鏈)時,細菌不在其中,頂多只把細菌歸為分解者,強調細菌將有機物轉換成無機物的能力,例如將其它生物釋放到環境中的有機物代謝成二氧化碳,隨即光合生物便接手將二氧化碳從大氣中「抓」下來,合成新的碳水化合物,如此一來完成了碳循環。然而這樣的論述既沒說明細菌死亡的成因,也低估細菌在食物鏈的重要性。1983 年 Azam 等人總結前一年在生物海洋學會議的討論及前人研究成果,提出這個新的專有名詞「微生物環」。這個概念有別於古典食物鏈,主要的差別在於細菌攝取有機物後,會被小型原生生物吞食,接著再被位於古典食物鏈裡的初級消費者所攝食,而併入古典食物鏈之中(圖一)。看似殊途同歸,但少了微生物環這條路徑, 現存的消費者的總含碳量會比實際上的少,轉而累積在溶解性有機物這個環節或細菌上。所以細菌不單只是分解者,也是其它生物的食物來源。 生物環的概念對學術界影響深遠,截至今年3月,Azam 等人 (1983) 的那篇文章在「Google 學術搜尋」中就累積五千多筆的引用次數,可見其受到重視的程度。微生物環中,各階層的生物數量、多樣性及有機物轉換率一直是學術界研究的題材,例如,後續研究指出,細菌不單被小型捕食者獵殺,更遭受噬菌體感染而裂解成有機物,導致這類有機物無法直接傳遞到上一個階層。這兩類殺死細菌的手法各佔其死亡率約五成,因此有機物在微生物環中的轉換率又因噬菌體的加入而得重新評估。 微生物環的理論架構可做為基礎研究的指引,涉及其中的成員,其數量及生產力(production)也是適當的環境指標。比方說,沿岸環境相較於大洋環境而言是營養較豐富的區域,研究結果也指出,細菌的生產力在沿岸環境遠高於大洋環境,同樣地細菌數量在沿岸環境和大洋環境之間有一個數量級的差異,前者每毫升海水約為 10 的 6 次方的細菌量,而後者則降為 10 的 5 次方的細菌量。從這經驗法則歸納得知,一個區域養份的多寡會反應在微生物環中的各成員的特性。以此概念來檢視近來倍受關注的海洋塑膠議題,可讓我們更謹慎看待問題解決方案。塑膠製品與塑膠微粒污染海洋,令許多海洋生物受害的畫面時常佔據新聞版面。以生物可分解材質取代塑膠材料一直是人們期待的良方,分解產生的有機物可以做為微生物的養份,應該就不會對環境造成衝擊。可是,藥服過量就是毒,如果真的只用易分解的有機物取代難以分解的塑料,持續分解的過程不但消耗氧氣,同時無異於將大量有機濃湯倒入土壤、河川及海洋中,促進那些肉眼看不見的微生物生長,進而造成其數量、生產力的變化及伴隨而來的呼吸率改變,最後可能引發大氣中二氧化碳濃度的提升,而促進全球暖化。 微生物環概念的形成及相關研究是源自海洋生態系。在台灣,從事微生物環研究的學者也多隸屬於大專院校的海洋研究單位,例如台灣大學海洋研究所、中山大學海洋科學系及海洋大學海洋環境與生態研究所,因此,想要找尋在台灣和此概念相關的研究成果,可以先從以上單位先著手。 參考文獻
Comments are closed.
|