新しい方法、新しい概念。淡水のペリフィトンに何が応用できるか？

New Methods, New Concepts: What Can Be Applied to Freshwater Periphyton?

• Yulia I Gubelit
• Hans-Peter Grossart

抄録

微生物の相互作用は水生生態系において重要な役割を果たしており、海洋生態学者にとっても淡水生態学者にとっても大きな関心事となっています。近年の新しい技術や手法の開発により、多くの機能メカニズムが明らかになり、新しい概念が生まれてきている。しかし、微生物の相互作用の多くの基本的な側面は、ほとんどが遠洋・底生生態系の研究に限定されてきました。これらの研究の結果、ブラッククイーン仮説の定式化、遠洋生物群集のフィコスフィア概念の開発、微生物相互作用の鍵となるメカニズムとしての微生物コミュニケーションの実現につながった。淡水生態系、特にペリフィトン群集を対象とした研究では、主に生理学、生物多様性、生物学的表示、評価に焦点を当てた研究が行われているが、微生物相互作用の多くの側面が軽視されている。淡水生態系の機能を理解するためには、微生物相互作用の詳細な研究が必要である。本論文では、まず、メタゲノム、メタトランスクリプトーム、メタボロミクスなどの最新のOMICS手法に基づく最近の概念（例：「ブラッククイーン仮説」）の概要を紹介する。次に、これらの手法が生物多様性や、多くの淡水生態系の構成要素でありながらほとんど無視されてきた淡水周辺生物の生態学的役割に関する将来の研究にどのように応用できるかを指摘する。

Microbial interactions play an essential role in aquatic ecosystems and are of the great interest for both marine and freshwater ecologists. Recent development of new technologies and methods allowed to reveal many functional mechanisms and create new concepts. Yet, many fundamental aspects of microbial interactions have been almost exclusively studied for marine pelagic and benthic ecosystems. These studies resulted in a formulation of the Black Queen Hypothesis, a development of the phycosphere concept for pelagic communities, and a realization of microbial communication as a key mechanism for microbial interactions. In freshwater ecosystems, especially for periphyton communities, studies focus mainly on physiology, biodiversity, biological indication, and assessment, but the many aspects of microbial interactions are neglected to a large extent. Since periphyton plays a great role for aquatic nutrient cycling, provides the basis for water purification, and can be regarded as a hotspot of microbial biodiversity, we highlight that more in-depth studies on microbial interactions in periphyton are needed to improve our understanding on functioning of freshwater ecosystems. In this paper we first present an overview on recent concepts (e.g., the "Black Queen Hypothesis") derived from state-of-the-art OMICS methods including metagenomics, metatranscriptomics, and metabolomics. We then point to the avenues how these methods can be applied for future studies on biodiversity and the ecological role of freshwater periphyton, a yet largely neglected component of many freshwater ecosystems.

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