グロエオトリキア
細菌の属

グロエオトリキア
SYTOXで染色したGloeotrichia echinulata
科学的分類 この分類を編集する
ドメイン： 細菌
王国： バチラッティ
門: シアノバクテリア
クラス： シアノ藻類
注文： ノストカレ目
家族： グロエオトリキア科
属: Gloeotricia
J.Agardh ex Bornet & Flahout、1886 [1]

グロエオトリキアは、ネッタイランチョウ目（Nostocales）に属する、大型（約2mm）の群体性シアノバクテリア属です。 [2]グロエオトリキアの学名は、顕著な粘液基質を持つ糸状の体から由来しています。世界中の湖沼に生息するグロエオトリキアは、窒素とリンの循環において重要な役割を果たしていることで知られています。 [2] [3]  グロエオトリキアは、湖沼の富栄養化を促進し、致死性を有するミクロシスチンLRを生成することが示されているため、湖沼管理者にとって懸念される属。 [4] [5]

形態学

放射状に伸びる直線状の毛状突起（鞘のない糸状体）が球状に連なるコロニー。各毛状突起は、コロニーの中心付近に基底細胞としてアキネートを持つ。アキネートが存在する場合は、異胞子に隣接する。一次形態は毛状突起（鞘のない糸状体）、二次形態は群体である。粘液質の鞘は、先端部で短い。異胞子は通常、球形である。毛状突起は先端部で先細りになる。栄養細胞はより短く、樽状である。鞘は基底部にしっかりと付着している。生殖器官は存在しない。

種

  • グロエオトリキア・エキヌラータ
  • グロエオトリキア・インターメディア
  • グロエオトリキア・ナタンス
  • グロエオトリキア・ピスム

類似の属

Rivulariaは基質に付着すると形態的に類似したコロニーを形成し、基底に異胞子を持つ放射状の先細りの糸状体を形成すると報告されています。

生息地

淡水シアノバクテリア。北米では、グロエオトリキアは晩夏から秋にかけて、多くの辺鄙な貧栄養湖で予期せず出現します。また、手つかずの北方林流域にある、辺鄙で手つかずの状態の湖でも、いくつか報告されています。最近では、米国ニューイングランド地方の27の「低栄養」湖のうち26で グロエオトリキアが発見されました（Carey et al. 2012）。

おそらく、コロニーは堆積物の鉱化作用によってリン酸の一部が放出された底層水域で発達し、その後、ガス小胞を伸長させることでバクテリオプラストを置換することで浮力を調整し、風による水流によって水平方向に分布できる表層まで浮上すると考えられます。この堆積物からの「リクルートメント」により、夏の半ばから終わりにかけて、底生コロニーが比較的同期して浮上するため、ブルームが発生します。これは、米国ニューハンプシャー州スナピー湖で逆漏斗トラップを用いて測定された、最大104コロニー/m/日です（Carey et al. 2014）。

Gloeotrichiaがメロプランクトン性で、年間の一部または大半を堆積物中で過ごすという証拠は、エルケン湖におけるメソコズム成長実験から得られています。2000年7月から2001年7月にかけて、外洋性（浮遊性）のコロニー数は増加していましたが、メソコズム（容積41Lおよび300L）のコロニー数は、様々な栄養素の組み合わせ（例外：窒素、リン、鉄の添加）を添加しても減少していました（Karlsson-Elfgren et al. 2005）。結論として、リンに富む堆積物はコロニーの成長を可能にし、7月中のコロニーの浮力が増加することで、コロニーは浮遊性海域へと移動します。

インド西ベンガル州の水田に囲まれた、栄養分に富んだ僻地の湖沼にも グロエオトリキアが生息していると報告されています。しかし、ベンガル州におけるグロエオトリキアの存在を記したこの新発見の論文は、広く検証されているわけではありません。

リン循環

湖にはリンの供給源がいくつかあるが、大きな供給源は底質、すなわち底生生物である。[6]底生生物中のリンは一般的に有機物中に存在するか、鉄などの金属と結合している。[6]しかし、夏季の水柱の成層により、リンは表水層、すなわち上層まで循環しない。

Gloeotrichia は、回遊時に底生生物から表水層へリンを輸送するため、湖沼のリン循環に関与していると考えられている。[6]冬の間、Gloeotrichia はアキネートと呼ばれる休眠細胞を形成し、温度が上昇し始めるとこれが発芽し、群体を形成し始める。[7]これらの細胞が成長するにつれて、リンなどの栄養素を吸収する。しかし、一般的には必要以上の栄養素を吸収し、栄養素が枯渇した表水層へ回遊する際に使用するために貯蔵する。[7] [8] [3] Gloeotrichiaの細胞が必要とするリンの最小量はおよそ 2.3 g P/mg C だが、実際の吸収量は 25-500e-6 g/L/日である。これに対し藻類は通常 1-100e-6 g/L/日である。[9]グロエオトリキアはコロニーの形成と成長を維持するのに十分なPを蓄えると、浮力を高めて表水層まで浮上するためにガスで満たされた液胞を形成し始めます。[8]

そこでは、余分な栄養素がコロニーのさらなる成長を可能にします。[9]コロニーは通常、6月下旬から7月にかけて形成されます。[7] Gloeotrichiaが移動すると、 Gloeotrichiaに起因する表水層中のPの割合は1%から53%に増加します。[3]実際、Gloeotrichiaの移動は2.25 mg/m^2*日のPフラックスを引き起こします。[8]このP量の増加により、Gloeotrichiaは栄養塩が枯渇した表水層において他の藻類種との競争に勝つことができます。[8]

窒素固定

グロエオトリキアは、リン循環における役割に加え、湖沼の窒素（N）循環においても重要な役割を果たしています。他の多くのシアノバクテリアと同様に、グロエオトリキアは窒素固定酵素を有しており、この酵素によって、生物学的に利用できない形態の窒素（溶存窒素ガス）を生物学的に利用可能なアンモニア（NH3 ）に変換することができます。[10] この窒素固定作用により、グロエオトリキアは他の植物プランクトンとの競争に勝ち、低窒素環境でも繁栄することができます。シアノバクテリアの窒素固定作用は、湖沼内の生物学的に利用可能な窒素プールを増加させることで、植物プランクトン群集全体の構造にも影響を与えます。[4]この窒素増加は、多くの場合、植物プランクトンの生産を促進し、栄養分に富んだ環境でよりよく生存する分類群に有利に働きます。[4] [11]

毒素

Gloeotrichia属の特定種の毒素産生に関する研究は限られているものの、一部の種は潜在的に有害である。スナピー湖では、Gloeotrichia echinulataがミクロシスチンLRを産生することが判明しており、これは人体や水生生態系の健康に危険となる可能性がある。[5] ミクロシスチンは、強力なヘプタペプチド肝毒素のグループであり、85種類以上が知られており、様々な水生シアノバクテリア種によって産生される。[12] Gloeotrichia echinulataは様々な生態系に生息するが、富栄養化が進み生態学的に劣悪な湖では、大規模で潜在的に危険なブルームを形成する傾向がある。[13]

参考文献

  1. ^ コマレク J、カシュトフスキー J、マレシュ J、ヨハンセン JR (2014)。 「多相アプローチを使用したシアノ原核生物 (シアノバクテリア属) 2014 の分類学的分類」(PDF)。プレスリア。86 : 295–335 .
  2. ^ ab Carey, Cayelan C.; Weathers, Kathleen C.; Cottingham, Kathryn L. (2008-08-01). 「Gloeotrichia echinulata の貧栄養湖における大量発生：富栄養湖からの有益な知見」. Journal of Plankton Research . 30 (8): 893– 904. doi : 10.1093/plankt/fbn055 . ISSN  0142-7873.
  3. ^ abc ペッターソン、カート;ヘルリッツ、エヴァ。イシュトヴァーノヴィチ、ベラ (1993)。ボーア人、PCM。カッペンバーグ、Th. E.;ヴァン・ラーフォルスト、W. (編)。 「エルケン湖の堆積物から水へのリンの移動におけるグロエオトリキア・エキヌラータの役割」。堆積物中のリンに関する第 3 回国際ワークショップの議事録。水文学の発展。ドルドレヒト: Springer Netherlands: 123–129 . doi :10.1007/978-94-011-1598-8_15. ISBN 978-94-011-1598-8。
  4. ^ abc Cottingham, Kathryn L. ; Ewing, Holly A. ; Greer, Meredith L. ; Carey, Cayelan C. ; Weathers, Kathleen C. (2015). 「湖沼の窒素・リン循環の生物学的駆動力としてのシアノバクテリア」. Ecosphere . 6 (1): art1. doi : 10.1890/ES14-00174.1 . hdl : 10919/89390 . ISSN  2150-8925.
  5. ^ ab Carey, Cayelan C.; Ewing, Holly A.; Cottingham, Kathryn L .; Weathers, Kathleen C.; Thomas, R. Quinn; Haney, James F. (2012-12-01). 「米国北東部の低栄養湖におけるシアノバクテリアGloeotrichia echinulataの出現と毒性」. Aquatic Ecology . 46 (4): 395– 409. doi :10.1007/s10452-012-9409-9. ISSN  1573-5125. S2CID  17199545.
  6. ^ abc 「Gloeotrichiaに関するFAQ」（PDF） . Belgrade Lakes Association .
  7. ^ abc Karlsson Elfgren, Irene (2003). 「アキネテ形成シアノバクテリアのライフサイクルに関する研究」(PDF) .ウプサラ大学理工学部学位論文概要– colby.eduより。
  8. ^ abcd King, Whitney. 「メイン州グレートポンドとロングポンドにおけるGloeotrichia echinulataの影響分析」www.colby.edu . 2020年5月5日閲覧。
  9. ^ ab イシュトヴァーノビッチ、ベラ;カート・ペッターソン。ロドリゴ、マリア・A.ピアソン、ドナルド。パディサック、ジュディット。ウィリアム・コロム (1993-01-01)。「グロエオトリキア・エキヌラータ、独特のリンの取り込みと生活戦略を持つコロニーシアノバクテリア」。プランクトン研究ジャーナル。15 (5): 531–552。土井:10.1093/plankt/15.5.531。ISSN  0142-7873。
  10. ^ Fay, P. (1992-06-01). 「シアノバクテリアにおける窒素固定における酸素関係」. Microbiology and Molecular Biology Reviews . 56 (2): 340– 373. doi :10.1128/mr.56.2.340-373.1992. ISSN  1092-2172. PMC 372871. PMID 1620069  . 
  11. ^ Carey, Cayelan C.; Brown, Bryan L.; Cottingham, Kathryn L. (2017). 「シアノバクテリアGloeotrichia echinulataは植物プランクトン群集の安定性とネットワーク複雑性を高める」. Ecosphere . 8 (7): e01830. doi : 10.1002/ecs2.1830 . hdl : 10919/85368 . ISSN  2150-8925.
  12. ^ シヴォネン、カーリナ (2009).微生物学百科事典：シアノバクテリア毒素. アムステルダム：エルゼビア・サイエンティフィック・パブ. pp.  290– 307. ISBN 9780123739391。
  13. ^ A, Napiorkowska-Krzebietke; A, Hutorowicz (2015). 「潜在的に有害なシアノバクテリアGloeotrichia echinulata JS Smith ex Richtの発達の物理化学的背景」 . Journal of Elementology . 20 (2). doi :10.5601/jelem.2014.19.4.756. ISSN  1644-2296.
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