サンゴ礁海水微生物群集の日・日・空間的変動

Diel, daily, and spatial variation of coral reef seawater microbial communities.

• Laura Weber
• Amy Apprill

抄録

サンゴ礁の生物は周囲の海水中の微生物に影響を与えているが、サンゴ礁に近接した海水中の微生物群集の空間的・時間的な動態はほとんど調査されていない。本研究では、サンゴ礁の海水微生物群集の時間的・空間的な動態をよりよく理解するために、アメリカ領ヴァージン諸島セントジョンの浅い岩礁にある5つのPorites astreoidesサンゴのコロニーから空間的な距離の異なる3つの場所から、昼夜を問わず72時間にわたって少量の海水サンプルを採取した。すべての時点と場所で、微生物細胞の豊富さを定量し、細菌群集と古細菌群集の小サブユニットrRNA遺伝子の配列を決定し、無機栄養塩濃度を測定した。プロクロロコッカスとシンノコッカスの細胞は、日中に比べて夜間に一貫して増加しており、その量は時間の経過とともに変化し、温度、亜硝酸塩、珪酸塩濃度に対応していた。日中の細菌および古細菌のα多様性は、表層海水に比べて岩礁深層および近海域の海水で有意に高く、岩礁が海水微生物の多様性に影響を与えていることを示唆している。夜間になると、すべてのサンプルでαの多様性が低下した。これは、光合成がより分類学的に多様な生物群集に有利であることを示唆している。プロクロロコッカスは一貫した時間的リズム性を示していたが、正規化された配列数に基づいて、昼間と比較して夜間、または表層海水と比較して岩礁深度が深い海域では、さらに多くの分類群がサンゴ礁海水中に濃縮されていた。また、栄養塩濃度や細胞数には、深海と近海の海水の間で有意な差が見られたが、明確な傾向は見られなかった。この研究は、サンゴ礁海水の微生物群集において、サンゴに近い場所では時間的変動が小規模な空間的変動に取って代わることを示しています。サンゴ礁は世界的に底生生物の組成が変化し続けているため、時間的変化や環境変動に対応した微生物組成のモニタリングは、人為的ストレス要因や地球規模の気候変動に起因する長期的な変化と、正常な変動を見分けるのに役立ちます。

Reef organisms influence microorganisms within the surrounding seawater, yet the spatial and temporal dynamics of seawater microbial communities located in proximity to corals are rarely investigated. To better understand reef seawater microbial community dynamics over time and space, we collected small-volume seawater samples during the day and night over a 72 hour period from three locations that differed in spatial distance from 5 Porites astreoides coral colonies on a shallow reef in St. John, U.S. Virgin Islands: near-coral (sampled 5 cm horizontally from each colony), reef-depth (sampled 2 m above each colony) and surface seawater (sampled 1 m from the seawater surface). At all time points and locations, we quantified abundances of microbial cells, sequenced small subunit rRNA genes of bacterial and archaeal communities, and measured inorganic nutrient concentrations. Prochlorococcus and Synechococcus cells were consistently elevated at night compared to day and these abundances changed over time, corresponding with temperature, nitrite, and silicate concentrations. During the day, bacterial and archaeal alpha diversity was significantly higher in reef-depth and near-coral seawater compared to the surface seawater, signifying that the reef influences the diversity of the seawater microorganisms. At night, alpha diversity decreased across all samples, suggesting that photosynthesis may favor a more taxonomically diverse community. While Prochlorococcus exhibited consistent temporal rhythmicity, additional taxa were enriched in reef seawater at night compared to day or in reef-depth compared to surface seawater based on their normalized sequence counts. There were some significant differences in nutrient concentrations and cell abundances between reef-depth and near-coral seawater but no clear trends. This study demonstrates that temporal variation supersedes small-scale spatial variation in proximity to corals in reef seawater microbial communities. As coral reefs continue to change in benthic composition worldwide, monitoring microbial composition in response to temporal changes and environmental fluctuations will help discern normal variability from longer lasting changes attributed to anthropogenic stressors and global climate change.