海洋浮游生物是海洋世界的漂流者。它们是藻类、动物、细菌或原生生物，任由潮汐和水流摆布。许多都是显微镜下看不到的，用肉眼几乎看不到。而其他的，比如水母，可以长得相对较大。

 

关于这些浮游生物，有一件事几十年来一直困扰着生态学家——海洋浮游生物的多样性远高于预期。一般来说，在任何一个给定的海洋样本中，都有许多稀有的浮游生物种类和少量丰富的种类。来自冲绳科技研究生院(OIST)的研究人员在《科学进展》(Science Advances)上发表了一篇论文，杏耀的信誉该论文将数学模型、宏基因组学和海洋科学结合在一起，揭示了为什么会出现这种情况。

 

“多年来，科学家们一直在问为什么海洋中有这么多物种，”OIST生物复杂性单元的负责人西蒙·皮科洛蒂教授说。皮科洛蒂教授解释说，浮游生物可以被洋流输送到很远的地方，所以它们似乎不受分散的限制。这将表明，生态位偏好是决定物种多样性的因素——换句话说，如果环境最适合某个物种，那么某个物种将比其他所有物种更具竞争力，从而形成只有少数、高度丰富物种的群落。

 

皮科洛蒂教授说:“我们的研究探索了洋流促进物种多样性的理论，不是因为洋流帮助浮游生物分散，而是因为洋流可以通过创造障碍限制分散。”“相比之下，当我们查看来自很少或没有水流的湖泊的样本时，我们发现了更多的物种，但总体上却更少。”

 

乍一看，这似乎与直觉相悖。但是，虽然洋流可以把浮游生物从一个地区带到另一个地区，但它们也阻止浮游生物跨越洋流的另一边。因此，这些洋流减少了竞争，迫使每一种浮游生物与其他物种共存，尽管数量很少。

 

结合DNA测试和数学模型

 

一个多世纪以来，生态学家通过计算一个地区的物种数量来衡量多样性，比如鸟类或昆虫。这使得他们能够找到丰富物种与稀有物种的比例。如今，这项任务通过可以预测物种分布的定量建模和宏基因组学得到了简化——研究人员可以有效地收集样本中的所有DNA，而不仅仅是计数物种。

 

“仅仅计算样本中物种的数量是非常耗时的，”OIST进化基因组学部门的负责人汤姆·布吉尼翁教授说。“随着测序技术的进步，我们只需进行一次测试，就能得到几千个代表浮游生物多样性的DNA序列。”

 

在这项研究中，研究人员对原生生物特别感兴趣——微观的，通常是单细胞的浮游生物。该小组创建了一个数学模型，通过模拟考虑了洋流在确定原生生物谱系中的作用。他们不能仅仅在DNA水平上模拟原生生物群落，因为那会有大量的个体。所以，取而代之的是，他们模拟了来自海洋的特定样本中的个体。

 

为了弄清这些个体的亲缘关系，以及它们是否属于同一物种，研究人员回顾了过去。皮科洛蒂教授说:“我们创造了一个可以追溯到100年前的轨迹。”“如果在我们模拟的时间尺度内，两个人来自同一个祖先，那么我们将他们归类为同一物种。”

 

他们专门测量的是物种的数量，杏耀yl以及每个物种的个体数量。该模型模拟了有洋流和没有洋流的情况。正如研究人员假设的那样，这表明洋流的存在导致原生生物物种数量急剧增加，但每一物种的个体数量却减少了。

 

为了证实这个模型的结果，研究人员分析了来自两项水生原生生物研究的数据集。第一个数据集是海洋原生生物的DNA序列，第二个数据集是淡水原生生物的DNA序列。他们发现，平均而言，海洋样本包含更多的稀有物种和较少的物种，总体而言，有更多的物种。这与模型的预测一致。

 

皮科洛蒂教授说:“我们的研究结果支持了这样一种理论， 杏耀主管 ，即洋流通过创造这些屏障，积极地影响了稀有水生原生生物的多样性。”“这个项目是跨学科的。通过结合理论物理学、海洋科学和宏基因组学，我们已经为生态学中的一个经典问题提供了新的思路，这个问题与海洋生物多样性有关。”