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在河流和河流中，细菌，藻类和其他微生物形成了紧密结合的社区，为生态系统提供食物，驱动其生物多样性并净化其水。这些群落以多种形式存在，自由游动，聚集在一起，或作为附着在岩石和其他表面上的生物膜。研究小组首次表明，微生物暴露的湍流量决定了它们群落的形态。他们的研究结果发表在“ 自然微生物学 ”杂志上，对河流健康，生物多样性和水质具有重要意义。
“在溪流中，生命能源有两种货币：溶解有机碳和阳光。首先必须捕获和转化，以便能够进入占据食物链更高层次的物种，”Tom Battin说。这项研究的资深作者。在自然界中，微生物群落开展这项重要工作。
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“经过数十年的思考，这些微生物群落主要以自由漂浮细胞的形式存在，我们现在明白，溪流和河流中的大部分微生物都是以生物膜和聚集体的形式存在，”Battin说。虽然自由游泳社区在开放水域中最常见，但生物膜主要存在于湍流水中。聚合倾向于形成介于两者之间的任何地方。
Battin实验室的博士Robert Niederdorfer和该研究的第一作者，着手确定是什么促使社区采取特定的生活方式。随机机会是否决定了哪种细菌种类，以及哪种生活方式会占上风?或者，正如他们所假设的那样，液压作为湍流的水平，可以将生活方式从一种生活方式转变为另一种生活方式?
为了找到答案，他从头水溪流和下游的洪泛平原中提取了自由游动的细菌群落。然后，他在两个实验装置中培养了两个样品，一个使用大型旋转水箱来模拟大型河流及其洪泛平原中遇到的低湍流条件，另一个模拟湍流的高山溪流，通过连续向下倾斜的斜坡流水。
液压系统胜过机会
无论最初提取微生物的位置如何，注入滚动罐中的微生物都形成聚集体，而其他微生物形成生物膜。但值得注意的是，生物膜和聚集体的分子分析表明，这些物种组成差异很大，即使它们是使用相同的初始细菌群落生长的。“社区成分独立于源头转移，但根据其微生物生活方式，这意味着液压技术是一种比随机过程更强大的驱动力，”Battin说。
该研究的共同作者Hannes Peter利用生物信息学揭示，分化过程是由关键的微生物物种驱动的，这些物种特别适合各种湍流环境。例如，在存在表面的高湍流环境中，良好的生物膜形成物占优势，并继续形成其他种类的微生物锁定的群落的主干。
该研究的结果对促进溪流生态系统健康具有直接影响。“增加溪流和河流的水力变化，促进微生物的生命和多样性!” 巴丁说。此外，它还提出了为工业应用设计生物膜的方法。“分化为不同的生活方式不是随机的而是确定性的这一事实意味着有一天我们可能能够使用液压技术来设计生物膜及其社区以在工业系统中执行某些任务。当然，我们还有很长的路要走。 ，“他总结道。
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