Complex marine microbial communities partition metabolism of scarce resources over the diel cycle

昼夜垂直迁移 生物 生态学 分拆(数论) 环境科学 微生物代谢 海洋学 地质学 细菌 数学 遗传学 组合数学
作者
Daniel Muratore,Angela K. Boysen,Matthew J. Harke,Kevin W. Becker,John R. Casey,Sacha Coesel,Daniel R. Mende,Samuel T. Wilson,Frank O. Aylward,John M. Eppley,Alice Vislova,Shengyun Peng,Rogelio A. Rodriguez-Gonzalez,Stephen J. Beckett,E. Virginia Armbrust,Edward F. DeLong,David M. Karl,Angelicque White,Jonathan P. Zehr,Benjamin A. S. Van Mooy
出处
期刊:Nature Ecology and Evolution [Nature Portfolio]
卷期号:6 (2): 218-229 被引量:41
标识
DOI:10.1038/s41559-021-01606-w
摘要

Complex assemblages of microbes in the surface ocean are responsible for approximately half of global carbon fixation. The persistence of high taxonomic diversity despite competition for a small suite of relatively homogeneously distributed nutrients, that is, 'the paradox of the plankton', represents a long-standing challenge for ecological theory. Here we find evidence consistent with temporal niche partitioning of nitrogen assimilation processes over a diel cycle in the North Pacific Subtropical Gyre. We jointly analysed transcript abundances, lipids and metabolites and discovered that a small number of diel archetypes can explain pervasive periodic dynamics. Metabolic pathway analysis of identified diel signals revealed asynchronous timing in the transcription of nitrogen uptake and assimilation genes among different microbial groups-cyanobacteria, heterotrophic bacteria and eukaryotes. This temporal niche partitioning of nitrogen uptake emerged despite synchronous transcription of photosynthesis and central carbon metabolism genes and associated macromolecular abundances. Temporal niche partitioning may be a mechanism by which microorganisms in the open ocean mitigate competition for scarce resources, supporting community coexistence.
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