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メトリクスの詳細

サンゴ礁は、栄養の乏しい海域で繁栄する非常に多様な生態系であり、これはしばしばダーウィンのパラドックスと呼ばれる現象です1。 サンゴ動物宿主のエネルギー需要は、共生藻類による炭素豊富な光合成産物の過剰生産によって十分に満たされることがよくあります2,3。 しかし、サンゴが共生生物から重要な栄養素である窒素とリンを獲得することを可能にするメカニズムの理解は不完全です4、5、6、7、8、9。 今回我々は、一連の長期実験を通じて、共生生物による溶存無機窒素とリンの摂取だけでサンゴの急速な成長を維持するのに十分であることを示した。 次に、宿主と共生生物の窒素とリンの収支を考慮すると、これらの栄養素は共生生物の「養殖」によって収集され、過剰な共生生物細胞の消化によって宿主に移動されることがわかります。 最後に、海鳥が一部のサンゴ礁に肥料を与え、他のサンゴ礁には肥料を与えないという大規模な自然実験を用いて、室内実験で確立された共生サンゴによる溶解無機栄養素の効率的な利用が、海域での野生のサンゴの成長を促進する可能性があることを示します。生態系レベル。 共生生物を食べることにより、サンゴ動物は重要な栄養プールを活用することができ、栄養が限られた水域での共生サンゴの進化的および生態学的成功を説明するのに役立ちます。

共生サンゴは混合栄養生物として機能し、動物宿主の代謝炭素需要は、多くの場合、渦鞭毛藻共生生物からの炭素豊富な光合成産物の転流によって満たされます。 この炭素移動は宿主のエネルギー生産を維持しますが、その成長を促進することはできません10。 その代わりに、宿主は主にプランクトンや溶解した遊離アミノ酸などの粒子状または溶解した有機物質を食べることによって、成長と生殖に必須の構成要素を生成するために必要な好ましい化学量論で窒素（N）とリン（P）を取り込むと考えられています11。 、12、13。 共生生物は、宿主の代謝による N および P に富んだ排泄産物をリサイクルすることで宿主の従属栄養性から恩恵を受け、それを自身の成長促進に利用できます 11,12,14。 これらの貴重な化合物を共生関係内に保持することは、光合成パートナーのもう 1 つの主な機能と考えられています 10。

サンゴの動物は、一部のアンモニウム (NH4+) を直接取り込む能力を持っています15,16。 しかし、この直接取り込み経路は、共生生物の 14 ～ 23 倍高い NH4+ 同化速度と比較すると、定量的には些細なものです。 対照的に、動物組織には必要な酵素が欠如しているため、サンゴ宿主は硝酸塩 (NO3) を直接同化することができません 15,17。 したがって、NO3 の取り込みと同化は専ら共生生物を介して進行します 18。 溶解した無機形態のリン (PO4) にも同じことが当てはまります11。 共生生物による窒素とリンの獲得が宿主の成長にどの程度寄与するかは不明であり、栄養素の分配に関する知識は不完全なままである。 単離された共生生物を使用した以前の研究では、共生生物細胞からアミノ酸の形で少量の N が放出され、宿主が利用できる可能性があることが示唆されています 5、7、8、9。 より最近では、ナノスケール二次イオン質量分析 (NanoSIMS) 実験により、N 取り込みの顕著な部位である共生生物から宿主への 15 N の移動が可視化されました 16,18。 また、野生のミドリイシサンゴでは、共生生物から宿主への相当量の窒素の移動が観察されている6。 さらに、最近の研究では、宿主組織内のかなりの量の N に富むアミノ酸が共生生物に由来することが示されています 16、19、20、21。 現時点では、共生生物から宿主へのリンの移動に関する証拠はありません 11。 実際、共生生物は共生内のリンの吸収源であると考えられています4。 したがって、現在の知識では、実験環境および自然環境におけるサンゴに関するいくつかの研究で説明されている、溶存無機窒素およびリンの宿主の成長促進効果を説明できません 22,23,24,25,26,27,28,29。 その結果、世界のサンゴ礁の生産性を制御する重要なメカニズムは依然として十分に理解されていない。 これは特に懸念される事実である。なぜなら、溶解した無機栄養素は、栄養の乏しい熱帯水域において、局所的または一時的に最も重要な窒素またはリンの供給源となる可能性があるからである（拡張データ図1）。