卢森堡大学 图1
活性氧水平调节面对水动力湍流的浮游植物预警系统
此处显示的是不同活性氧水平的细胞(红色表示高活性氧水平)，这是暴露于实验室模拟的湍流信号的结果
在弱而温和的湍流中，浮游植物求助于活性氧介导的适应性迁移；而在强湍流条件下，运动性被关闭，导致对生物适应性和光合效率的持久影响
学分:卢森堡大学 卢森堡大学的物理学家与来自瑞典、以色列和瑞士的科学家一起，在水生光合微生物面对湍流时的生理压力和迁移行为之间建立了机械联系
浮游植物是生活在我们的湖泊和海洋中的水生微生物，它们对保持我们的生态系统平衡是不可或缺的，尤其是在我们今天的环境中遇到的快速变化的模式中
至关重要的是，作为初级生产者，浮游植物将阳光中的能量转化为有机碳，将自己置于水生食物网的底部
然而到目前为止，我们还没有从机械论的角度理解新兴的湍流景观——气候变化的后果——是如何影响浮游植物的行为和适应性的
这一突破性的结果发表在本周的《美国国家科学院院刊》上，它对海洋微生物在不断变化的气候条件下的命运提供了前所未有的深刻见解
湍流是有压力的，但浮游生物似乎有所准备 浮游植物是微小的光合生物，它们构成了大多数水生食物网的基础，调节着全球生物地球化学循环，并通过将大气中的二氧化碳转移到海洋中，产生了世界上一半的氧气
正如最近在卢森堡TEDx大学的一次活动中所讨论的，许多种类的浮游植物都是能动的，它们经常在重力的作用下迁移:白天向上朝着光迁移，晚上向下朝着更高的无机营养浓度迁移
在此过程中，细胞暴露在不同程度的流体动力学湍流中
众所周知，湍流驱动着浮游植物的适应性和物种的演替:在平静的环境中活动的物种占优势，在湍流条件下不活动的物种占优势
然而迄今为止，对于湍流对浮游植物生理和迁移行为的影响还缺乏一个机械的理解
微生物预警系统:一个精致的生物力学预警系统 教授
阿努帕姆·森古普塔是卢森堡大学生命物质物理学组的组长，他现在领导着一个由来自瑞典、以色列和瑞士的科学家组成的国际团队，来填补海洋微生物生态学中的这一长期空白
通过结合物理学、流体力学和微生物学的技术，教授
森古普塔和他的同事已经量化了生理压力的积累——通过荧光标记浮游植物中的活性氧(ROS)来测量——当它们在一个专门设计的模拟海洋湍流的漩涡中旋转时(见这里的实验室海洋技术)
作者通过对实验数据进行数学建模，将生理压力与游泳统计联系起来，揭示了其中的机理联系
新的结果展示了一个精致的生物物理机制，浮游植物通过压力信号随着时间的推移整合湍流信号，然后利用它们的生物力学稳定性来感知湍流信号的强度，最终触发适应性迁移行为(图1)
这项工作是由教授完成的
森古普塔的开创性发现，早些时候发表在《自然》杂志上
《自然》，2017年)，近50%的浮游植物物种通过快速多样化的迁移策略来适应湍流
预测物种在变化的气候中的生存 新出现的气候趋势正在改变我们海洋和湖泊的水动力景观，从而影响微生物行为、生存和全球初级生产力
通过将湍流——一种不可避免的环境扰动——与光合作用效率和生物适应性联系起来，这项工作提高了我们预测气候变化长期影响的能力，因为它解释了变化的洋流和浮游生物介导的初级生产力之间的全球反馈
在他的跨学科科学家团队中，教授
森古普塔目前正在更现实的环境下研究浮游植物物种——活动的和不活动的——在这种环境下，除了湍流之外，细胞还会经历生物和非生物压力的组合
“这将使我们能够捕捉到与生态相关的场景，并理解这些微小的自然奇迹是如何适应其动态环境的
压力介导的早期预警策略的发现将被证明对理解浮游植物物种如何应对(或崩溃)湍流属性的变化具有重要意义，从而揭示随着我们经历不断变化的气候条件，哪些物种将成功繁殖——包括我们在卢森堡当地水体中观察到的那些物种。”
森古普塔
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