Autoreferat - Wydział Biologii UW

Transkrypt

Za!"cznik nr 2 do wniosku o przeprowadzenie post#powania habilitacyjnego
Autoreferat dr Iwona Jasser
1. Imi! i nazwisko
Iwona Dorota Jasser
2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe/artystyczne – z podaniem nazwy,
miejsca i roku ich uzyskania oraz tytu"u rozprawy doktorskiej
1991 – uzyskanie stopnia magistra biologii, Zak!ad Hydrobiologii, Instytut Zoologii,
Wydzia! Biologii, Uniwersytet Warszawski. Tytu! pracy magisterskiej: „Zale$no%ci
pomi#dzy fitoplanktonem a makrofitami”, promotor: prof. dr hab. Ewa Pieczy&ska,
opiekun: dr Andrzej Kowalczewski
1999 – uzyskanie stopnia doktora nauk biologicznych: Instytut Ekologii PAN.
Tytu! rozprawy doktorskiej: „Zmiany struktury i funkcji pikoplanktonu w jeziorach
ró$nej trofii”, promotor: prof. dr hab. Anna Hillbricht-Ilkowska.
3.
Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych/
artystycznych.
1991–2000 – asystent, starszy asystent, Zak!ad Hydrobiologii, Instytut Ekologii, PAN
1998–2000 – visiting researcher, Uniwersytet Helsi&ski, Stacja Biologiczna Lammi
2000–2002 – adiunkt, Zak!ad Hydrobiologii, Instytut Ekologii, PAN
2003–2004 – adiunkt, Centrum Bada& Ekologicznych, PAN.
2004 – do chwili obecnej – adiunkt, Zak!ad Ekologii Mikroorganizmów, Wydzia!
Biologii, Uniwersytet Warszawski
4. Wskazanie osi#gni!cia naukowego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca
2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule
w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.)
Cykl pi#ciu publikacji wchodz"cych w sk!ad osi"gni#cia naukowego pod tytu!em
„Ekofizjologiczna i genetyczna ró$norodno%& pikocyjanobakterii w wodach
s"odkich”. Badania zawarte w pierwszej z publikacji by!y finansowane z grantu
CIMO (w Finlandii), którego by!am kierownikiem. Badania zawarte w trzech
kolejnych publikacjach by!y wykonywane w ramach projektu badawczego
finansowanego przez MNiSW, którego by!am kierownikiem. Pi"ta publikacja jest
wynikiem bada& finansowanych przez grant MNiSW, którego by!am kierownikiem i
grant N304 102240, którego kierownikiem by! prof. dr hab. Ryszard Chróst.
1. Jasser I. & Arvola L. 2003. Potential effects of abiotic factors on the abundance of
autotrophic picoplankton in four boreal lakes. Journal of Plankton Research 25:
873–883 (IF2003 = 1,56; MNiSW2013 = 30)
Jestem autork" koncepcji pracy, zaplanowa!am metodyk# badawcz", wykona!am
analizy mikroskopowe autotroficznego pikoplanktonu i fitoplanktonu, opracowa!am
!"
"
wyniki i wykona!am cz#%' rysunków. By!am osob" pisz"c" prac# i przygotowuj"c" j"
do druku oraz autorem korespondencyjnym. Mój udzia! szacuj# na 80%.
2. Jasser I., Karnkowska-Ishikawa A., Koz!owska E., Królicka A. & (ukomskaKowalczyk M. 2010. Composition of picocyanobacteria community in The Great
Mazurian Lakes: isolation of phycoerythrin-rich and phycocyanin-rich ecotypes
from the system – comparison of two methods. Polish Journal of Microbiology 59:
21–31 (IF2010= 0,66; MNiSW2013 = 15)
Jestem autork" koncepcji pracy, zaplanowa!am metodyk# badawcz" w tym
modyfikacj# metody cytometrycznej, bra!am udzia! w izolacji pikocyjanobakterii i w
analizach mikroskopowych (M. (ukomska-Kowalczyk wykonywa!a prac#
magistersk" pod moim kierunkiem), bra!am udzia! w przygotowaniu wyników do
publikacji, by!am autork" rysunków (poza drzewami filogenetycznymi) oraz osob"
pisz"c" prace, a tak$e autorem korespondencyjnym. Mój udzia! szacuj# na 55%.
3. Jasser I., Królicka A., & Karnkowska-Ishikawa A. 2011. A novel phylogenetic
clade of picocyanobacteria from the Mazurian lakes (Poland) reflects the early
ontogeny of glacial lakes. FEMS Microbiology and Ecology 75: 89–98 (IF2011=
3,46; MNiSW2013 = 35)
Jestem autork" koncepcji pracy i sformu!owa!am hipotezy badawcze. Wybra!am i
zaplanowa!am metodyk# badawcz", dostarczy!am do analiz filogenetycznych szczepy
pikocyjanobakterii wyizolowane w ramach projektu badawczego, którego by!am
kierownikiem. Bra!am udzia! w opracowaniu wyników. By!am g!ówn" osob" pisz"c"
prac# i przygotowuj"c" j" do druku oraz autorem korespondencyjnym. Mój udzia! w
tej publikacji szacuj# na 60%.
4. Jasser I., Karnkowska-Ishikawa A. & Chróst R.J. 2013. Do acid-tolerant
picocyanobacteria exisit? Isolation of picocyanobacteria from low-pH humic lakes.
Hydrobiologia 707: 209–218 (IF2012= 1,985; MNiSW2013 = 30)
Jestem autork" koncepcji pracy, dostarczy!am do analiz szczepy wyizolowane pod
moim kierunkiem. By!am wraz z Ann" Karnkowsk"-Ishikaw" autork" planowania i
wykonania
eksperymentów.
Przeprowadzi!am
analizy
mikroskopowe
pikocyjanobakterii i opracowa!am wyniki, przeprowadzi!am cz#%' analiz
statystycznych. By!am autork" rysunków (poza drzewami filogentycznymi), g!ówn"
osob" pisz"c" prac# i autorem korespondencyjnym. Mój udzia! w tej pracy szacuj# na
65%.
5. Jasser I., Królicka A., Jakubiec K. & Chróst R.J. 2013. Seasonal and spatial
diversity of picocyanobacteria community in the Great Mazurian Lake system
derived from DGGE analyses of 16S rDNA and cpcBA-IGS markers. Journal of
Microbiology and Biotechnology 23: 739–749 (IF2013= 1,381; MNiSW2013 = 20)
Praca by!a finansowana w ramach mojego projektu badawczego i cz#%ciowo w
ramach projektu: N304 102240 (kierownik Ryszard Chróst). Jestem autork" koncepcji
pracy oraz planowania i wyboru metodyki badawczej, sformu!owa!am hipotezy
#"
"
badawcze. Bra!am udzia! w analizach mikroskopowych pikocyjanobakterii,
przeprowadzi!am analiz# densytometryczn" profili $elowych po DGGE i analizy
statystyczne oraz jestem autork" cz#%ci rysunków (poza drzewami podobie&stwa).
By!am g!ówn" osob" pisz"c" prac# i autorem korespondencyjnym. Mój udzia! w tej
pracy szacuj# na 65%.
Omówienie celu naukowego ww. prac i osi#gni!tych wyników wraz z
omówieniem ich ewentualnego wykorzystania
Wyt"uszczonym drukiem zaznaczy!am osi"gni#cia zawarte w cyklu publikacji
Wst!p
Koncepcja ró$norodno%ci biologicznej odgrywa istotn" rol# w ekologii. Mo$na j"
rozpatrywa' jako sum# ró$norodnych form $ycia na wszystkich poziomach
biologicznych uk!adów od moleku!, organizmów, populacji, gatunków, zespo!ów do
ekosystemów (Wilcox 1984). Termin ten zast"piony zosta! wkrótce przez
‘bioró$norodno%'’ i wprowadzony do powszechnego u$ycia przez Wilsona (1988).
Wed!ug niektórych autorów w!a%nie z bioró$norodno%ci" (Naeem i in. 1995, Tilman i
in. 1996) wi"$" si# takie parametry charakteryzuj"ce ekosystem jak stabilno%',
odporno%' (elastyczno%'), przewidywalno%' i produktywno%', cho' inni autorzy !"cz"
te cechy ekosystemów raczej z funkcjonaln" ró$norodno%ci" organizmów w nich
wyst#puj"cych (Hooper & Vitousek 1997, Wardle i in. 1997). Jednak ostatnie wyniki
bada& ro%linno%ci prowadzonych na terenach stepowych potwierdzaj" pierwszy
pogl"d wykazuj"c, $e stabilno%' ekosystemu i odporno%' na zmiany jest zawi"zana z
liczb" gatunków w nich wyst#puj"cych (Maestre i in. 2012).
W sytuacji wi#c, gdy ró$norodno%' gatunkowa i genetyczna w skali lokalnej
jak i skali globalnej stale maleje, a jej zwi"zek z produktywno%ci", stabilno%ci" i
innymi parametrami ekosystemów jest nierozstrzygni#ty (Grime 1997), badania
ró$nych aspektów ró$norodno%ci s" od lat w centrum zainteresowania ekologów. S"
one bardzo wa$ne zarówno z punktu widzenia wiedzy podstawowej, umo$liwiaj"c
zrozumienie procesów zachodz"cych w danym %rodowisku i le$"cych u podstaw
funkcjonowania
ekosystemów
oraz
w
kontek%cie
biologii
konserwatorskiej
(conservation biology) daj"c naukowe podstawy do dzia!a& w zakresie szeroko poj#tej
ochrony ekosystemów (Garcia-Pichel i in. 2000). Niestety badania ró$norodno%ci
mikroorganizmów: m.in. bakterii i pikocyjanobakterii, w zwi"zku z trudno%ciami
$"
"
zarówno w ich identyfikacji jak i ilo%ciowej analizie, d!ugo pozostawa!y w tyle za
badaniami
innych,
wi#kszych
organizmów.
Dopiero
rozwój
mikroskopii
fluorescencyjnej i cytometrii przep!ywowej oraz metod molekularnych i ich aplikacja
w badaniach %rodowiskowych umo$liwi!y poszerzenie bada& nad ró$norodno%ci"
tak$e o te obiekty badawcze.
Poni$szy
zbiór
habilitacyjnego,
prac,
obejmuje
b!d#cych
zagadnienia
podstaw#
mojego
zwi#zane
z
post!powania
ró$norodno%ci#
pikocyjanobakterii, najmniejszych organizmów przeprowadzaj#cych tlenow#
fotosyntez!
w
%rodowisku
wodnym.
Celem
bada'
jest
przedstawienie
ró$norodno%ci ekofizjologicznej, czyli przejawiaj#cej si! w fizjologii tych
mikroorganizmów na tle warunków %rodowiskowych
w jakich $yj# i
ró$norodno%ci genetycznej opartej na analizie wybranych genów markerowych.
Pikocyjanobakterie jako sk"adnik planktonu
Organizmy planktonowe mo$na podzieli' ze wzgl#du na: i) ich przynale$no%'
taksonomiczn", ii) fizjologi# i funkcj# jak" pe!ni" w sieci troficznej lub iii) ze
wzgl#du na wielko%'. Podzia! wielko%ciowy opiera si# na schemacie zgodnym ze
skal" logarytmiczn", w którym pikoplankton (0,2 a 2,0 µm) stanowi najmniejsz"
frakcj# komórkow" i zawiera komponent heterotroficzny (bakterie i wiciowce) oraz
autotroficzny. Do tego ostatniego nale$" zarówno organizmy prokariotyczne –
cyjanobakterie (których wielko%' jest w granicach 1 µm) jak i eukariotyczne, nale$"ce
do ró$nych grup taksonomicznych i o wielko%ci blisko górnej granicy okre%lonej dla
pikoplanktonu. Przedstawiciele autotroficznego pikoplanktonu wyst#puj" zarówno w
morzach i oceanach, jak i w wodach s!odkich. W wi#kszo%ci %rodowisk wodnych
liczebnie dominuj" w%ród nich nietworz"ce zakwitów pikocyjanobakterie (Callieri
2007), b#d"ce obiektem bada& prezentowanych jako osi"gni#cie naukowe w ramach
tego post#powania habilitacyjnego.
Cho' informacje
wskazuj"ce
na
obecno%'
w
planktonie
wód
tych
najmniejszych fotoautotrofów pojawia!y si# w literaturze od lat 50-tych (Rodhe 1955)
dopiero wyizolowanie i scharakteryzowanie u schy!ku lat 70-tych cyjanobakterii z
rodzaju Synechococcus przez dwa niezale$ne zespo!y badawcze (Johnson & Sieburth
1979,
Waterbury
i
in.
1979),
zapocz"tkowa!o
w!a%ciwy
okres
bada&
%"
"
pikocyjanobakterii. Badania rozwija!y si# gwa!townie dzi#ki upowszechnieniu
mikroskopu
epifluorescencyjnego,
cytometrii
przep!ywowej,
zastosowaniu
mikroskopu elektronowego, immunofluorescencji i chromatograficznej analizy
barwników
fotosyntetycznych
(Callieri
&
Stockner
2002).
Autotroficzny
pikoplankton wraz z dominuj"cymi zwykle liczebnie pikocyjanobakteriami uznany
zosta! za bardzo wa$ny element dla funkcjonowania ekosystemów wodnych,
szczególnie w wodach o niskim statusie troficznym (Agawin i in. 2000, Bell & Kalff
2001).
Ma!e
rozmiary
komórek
maj"
wp!yw
na
korzystania
z
zasobów
%rodowiskowych przez pikoplankton. Konsekwencj" ma!ych rozmiarów komórek jest
m.in. korzystny stosunek powierzchni do obj#to%ci. Umo$liwia on pobieranie
zwi"zków biogennych wyst#puj"cych w %rodowisku nawet w bardzo ma!ych
st#$eniach i wydajne wykorzystanie ich do wzrostu, wp!ywa na wydajno%' absorpcji i
transformacji fotonów, poprzez mniejsze koszty pozyskania zasobów (energii, C, N,
Fe, Mn, Cu) i umo$liwia osi"ganie maksimum fotosyntetycznego przy ni$szej
intensywno%ci %wiat!a ni$ ma to miejsce w przypadku wi#kszych komórek
fitoplanktonowych, nie ma bowiem efektu ‘upakowania’ – samozacieniania w
komórkach. Podsumowuj"c, ma!e rozmiary powoduj", $e zasoby s" pobierane i
wykorzystywane do wzrostu znacznie wydajniej ni$ u wi#kszych komórek (Raven
1998). Daje to pikocyjanobakteriom przewag# konkurencyjn" nad wi#kszym
fitoplanktonem szczególnie %rodowiskach ma!o $yznych. Ma!e rozmiary oraz niskie
koszty metaboliczne utrzymania komórek prokariotycznych t!umacz" równie$ ich
dominacj# w wodach oligotroficznych (Callieri & Stockner 2000).
Jednak tak$e w wodach o wysokim statusie troficznym pikocyjanobakterie
mog" okazjonalnie osi"ga' du$" biomas# i mie' du$y udzia! w !"cznej biomasie
fitoplanktonu (Carrick & Schelske 1997). Pikocyjanobakterie stanowi" pokarm
g!ównie dla nanowiciowców i orz#sków, czyli konsumentów w obr#bie p#tli
mikrobiologicznej, a tylko w niewielkim stopniu s" zjadane przez wi#kszy
zooplankton. Jednak szczególnie w okresach, gdy fitoplankton jest zdominowany
przez niejadalne formy np. nitkowate i/lub toksyczne taksony, poprzez zale$no%ci w
obr#bie mikrobiologicznych sieci troficznych, lub bezpo%rednio poprzez wyjadanie
przez Cladocera, pikocyjanobakterie mog" stanowi' g!ówne )ród!o w#gla
organicznego dla wy$szych poziomów troficznych (Callieri & Stockner 2002).
&"
"
Równie$ badania prowadzone przeze mnie wykaza!y, $e pikocyjanobakterie mog"
okresowo odgrywa' du$" rol# tak$e w zeutrofizowanych %rodowiskach. I tak udzia!
autotroficznego pikoplanktonu, zdominowanego przez pikocyjanobakterie, w ogólnej
biomasie fitoplanktonu nawet w eutroficznym Jeziorze Miko!ajskim dochodzi! w
czasie fazy czystej wody, tzn. w czasie gdy biomasa fitoplanktonu jest silnie
ograniczona z powodu presji konsumentów, do kilkunastu procent obj#to%ci
fitoplanktonu i do ponad 60% st#$enia chlorofilu a (Jasser 2002). W kolejnych
badaniach wykaza!am natomiast, $e w s!onawych wodach Morza Ba!tyckiego
pikocyjanobakterie
okaza!y
si#
by'
bardzo
istotnym
sk!adnikiem
zespo!u
fitoplanktonu wspó!wyst#puj"c z toksycznym gatunkiem cyjanobakterii nitkowatej,
Nodularia spumigena i stanowi"c w czasie zakwitu tej ostatniej, nawet do 50%
biomasy sinic wyliczonej na podstawie analiz mikroskopowych (Mazur-Marzec i in.
2013).
Czynniki %rodowiskowe wp"ywaj#ce na wyst!powanie pikocyjanobakterii
Poniewa$
pikocyjanobakterie
s"
organizmami
fotoautotroficznymi,
podstawowymi czynnikami %rodowiskowymi wp!ywaj"cymi na ich wzrost i podzia!y
komórkowe s" %wiat!o, temperatura i st#$enie zwi"zków mineralnych. Dlatego te$
dost#pno%', intensywno%' i jako%' %wiat!a, tj. spektrum fal w wodach, a tak$e st#$enie
zwi"zków biogennych, s" zwykle analizowane jako podstawowe czynniki
%rodowiskowe. Wyniki bada& wskazuj", $e szczególnie w g!#bokich jeziorach oraz w
jeziorach o s!abej penetracji %wiat!a, np. jeziorach humusowych, maksymalne
liczebno%ci pikocyjanobakterii by!y notowane w czasie stratyfikacji termicznej, kiedy
pikocyjanobakterie nie by!y nara$one na przebywanie w g!#bokich, s!abo
na%wietlonych warstwach wody (Kukkonen i in. 1997). Moje badania prowadzone
w jeziorach borealnych, w Finlandii wykaza"y, $e dost!pno%& %wiat"a jako
wzgl!dna miara, na któr# sk"adaj# si! d"ugo%& dnia, g"!boko%& mieszania oraz
g"!boko%& strefy eufotycznej, a nie np. st!$enie zwi#zków biogennych
wyst!puj#ce w tym czasie, ma kluczowe znaczenie dla tempa wzrostu
pikocyjanobakterii wiosn# w g"!bokich jeziorach (Jasser & Arvola 2003).
Badania te pozwoli"y powi#za& zmiany notowane w wyst!powaniu i liczebno%ci
pikocyjanobakterii z czynnikach %rodowiskowymi
zgodnie z zale$no%ciami
proponowanymi w ramach modelu PEG, opracowanego dla sezonowych zmian
'"
"
planktonu w jeziorach eutroficznych klimatu umiarkowanego (Sommer i in.
1986). Model ten nie obejmowa" jednak organizmów pikoplanktonowych.
Analogie do modelu PEG w sezonowym wyst!powaniu pikocyjanobakterii
zauwa$one przeze mnie by"y jednym z pierwszych, je%li nie pierwszym krokiem,
aby w"#czy& te autotroficzne mikroorganizmy pikoplanktonowe do powszechnie
przyj!tych teorii ekologicznych. Pó(niej powróci"am do tego modelu na etapie
badania ró$norodno%ci genetycznej pikocyjanobakterii, co jest omówionej ni$ej.
Tak$e badania prowadzone pó)niej przez ró$nych badaczy wykaza!y, $e
podstawowymi czynnikami wp!ywaj"cymi na wyst#powanie, liczebno%' i dynamik#
pikocyjanobakterii s" %wiat!o i temperatura (Moser i in. 2009), natomiast st#$enie
zwi"zków biogennych by!o mniej istotne.
Z kolei analiza wyst#powania pikocyjanobakterii w wodach o ró$nym statusie
troficznym i przezroczysto%ci wskaza!y na pewne regu!y dotycz"ce proporcji
pomi#dzy fenotypami zawieraj"cymi fikoerytryn# (PE) albo fikocyani# (PC) jako
dominuj"ce barwniki akcesoryczne. W %rodowiskach zeutrofizowanych i o wi#kszej
m#tno%ci wody mia!y dominowa' fenotypy zawieraj"ce g!ównie PC, natomiast w
mniej $yznych o przezroczystych wodach – fenotypy bogate w PE (Vörös i in. 1998,
Stomp i in. 2007). Jak wykazali Vörös i in. (1998) udzia! pikocyjanobakterii bogatych
w PC wzrasta! wraz ze statusem troficznym jezior i przy st#$eniu chlorofilu a ok 50
µg L-1 zespó! pikocyjanobakterii zdominowany by! g!ównie przez ten ostatni fenotyp.
Z kolei Stomp i in. (2007) stwierdzili, $e zmiany w spektrum %wiat!a pod
powierzchni" wody zale$" w du$ym stopniu od tzw. m#tno%ci t!a ‘background
turbidity’. Zgodnie z zaproponowanym modelem przewidzieli, $e fenotyp PE
powinien dominowa' w przejrzystych wodach o niskiej produktywno%ci, a PC w
wodach eutroficznych o du$ej m#tno%ci, natomiast w warunkach po%rednich nale$y
si# spodziewa' wspó!wyst#powania obydwu fenotypów korzystaj"cych z ró$nych
nisz ekologicznych. Jednak wyniki moich bada' pikocyjanobakterii z jezior
mazurskich nie do ko'ca potwierdza"y za"o$enia przedstawionego modelu
(Jasser i in. 2010). St!$enie chlorofilu a i %redni indeks statusu troficznego
Carlsona (TSI) wykaza"y, $e status troficzny jezior mazurskich waha" si! od
mezotrofii do zaawansowanej eutrofii, jednak udzia" pikocyjanobakterii
bogatych w fikoerytryn! by" znacznie wy$szy ni$ oczekiwany zgodnie z modelem
i wynosi" %rednio oko"o 80%, wahaj#c si! od 70 do 90% (Jasser i in. 2010). By" on
("
"
wi!c bardziej charakterystyczny dla %rodowisk mniej $yznych i o wi!kszej
przezroczysto%ci wody ni$ notowane s# w jeziorach mazurskich. Rozbie$no%ci te
t"umaczy"am faktem bardzo niskiej m!tno%ci t"a ‘background turbidity’ wody w
jeziorach mazurskich, która pomimo stosunkowo wysokiej produktywno%ci tych
jezior, by"a bli$ej warto%ci notowanych w jeziorach podalpejskich ni$ w
eutroficznych jeziorach nizinnych (Jasser i in. 2011).
Identyfikacja pikocyjanobakterii i jej znaczenie dla badania ró$norodno%ci
Trudno%ci w identyfikacji pikocyjanobakterii wynikaj" z ich bardzo ma!ych
rozmiarów oraz z ma!ej liczby cech diagnostycznych jakimi w ogóle charakteryzuj"
si# prokariota, a w szczególno%ci jednokomórkowe sinice. Z tego powodu w
badaniach ekologicznych dotycz"cych autotroficznego pikoplanktonu, szczególnie
pikocyjanobakterii, zespó! tych mikroorganizmów, podobnie jak bakterie, by!
traktowany zwykle jako swoista ‘czarna skrzynka’. Pozostaje to w kontra%cie w
stosunku do wi#kszych cyjanobakterii, które pomimo tego, $e równie$ s"
organizmami prokariotycznymi, posiadaj" cechy diagnostyczne zwi"zane z
organizacj" komórek w niciach czy koloniach oraz obecno%ci" wyspecjalizowanych
komórek; heterocytów i akinet. Dzi#ki temu zajmowa!y one od lat poczesne miejsce
w badaniach ró$norodno%ci fitoplanktonu. Natomiast cechy diagnostyczne stosowane
do charakterystyki taksonomicznej pikocyjanobakterii to zaledwie wielko%' i kszta!t
komórek, sposób podzia!u, obecno%' podzia!ów asymetrycznych czy wyst#powanie w
hodowli w warunkach sub-optymalnych komórek o wyd!u$onym, nieregularnym
kszta!cie (Komárek i in. 1999). Innymi analizowanymi w!asno%ciami proponowanymi
przez tych autorów zgodnie z tzw. podej%ciem wieloaspektowym ‘polyphasic
approach’ jest u!o$enie tylakoidów, udzia! zasad G+C w DNA, czy oporno%' na
okre%lone
cyjanofagi.
cytomorfologicznymi
pikocyjanobakterii
Analiza
i
ta,
wykazuj"c
molekularnymi
s!odkowodnych
do
du$"
cechami,
takich
zgodno%'
umo$liwia
rodzajów
jak
pomi#dzy
identyfikacj#
Cyanobium,
Synechococcus i Cyanothece dianae/cedrorum. Jednak jest czasoch!onna, anga$uj"ca
wiele technik badawczych i wymagaj"ca hodowli czystych kultur.
W badaniach %rodowiskowych natomiast jedn" z cech, obok wielko%ci i
kszta!tu, która by!a d!ugo u$ywana do identyfikacji, a tak$e wst#pnej charakterystyki
zespo!u pikocyjanobakterii by!a obecno%' w komórkach pikocyjanobakterii
)"
"
fikobilisomów zawieraj"cych w ró$nych proporcjach wspomniane wy$ej dodatkowe
barwniki fotosyntetyczne charakterystyczne dla cyjanobakterii – fikocyjanin# (PC
fikoerytryn# (PE). Barwniki te maj" ró$ne maksima absorpcji %wiat!a i powoduj", i$
pikocyjanobakterie zawieraj"ce jako dominuj"cy barwnik dodatkowy PE lub PC
fluoryzuj" w odmienny sposób po pobudzeniu falami o okre%lonej d!ugo%ci. Do ich
identyfikacji stosuje si# zwykle niebieskie (Filtr B-2A: EX450–490, DM510, BA520)
lub zielone (Filtr G-2A: EX510–KP560, DM580, BA590) %wiat!o wzbudzaj"ce.
Poniewa$ jednak komórki zawieraj"ce PC s" cz#sto s!abo widoczne w niebieskim
%wietle, a zawieraj"ce PE s" trudno odró$nialne od PC w zielonym, wymaga to
stosowania dwóch filtrów. Natomiast, zaproponowane przeze mnie, zastosowanie
filtra CY3 (HYQ) nie wykorzystywanego do tej pory w badaniach
pikocyjanobakterii, o w#skim pasie ekscytacji i emisji (EX530–560, DM570,
BA573–648),
umo$liwi"o przy u$yciu tylko jednego filtra stosunkowo "atwe
rozró$nienie obu fenotypów pikocyjanobakterii w próbach %rodowiskowych
(Jasser i in. 2010).
Dopiero jednak zdobycze biologii molekularnej i zastosowanie metod
molekularnych w ekologii da!o badaczom narz#dzia umo$liwiaj"ce pe!niejsze
zajrzenie do ‘czarnej skrzynki’ zespo!ów tych mikroorganizmów w %rodowisku i
zapocz"tkowa!o
badania
dotycz"ce
ró$norodno%ci
pikocyjanobakterii.
W
konsekwencji pozwoli!o to spojrze' na te mikroorganizmy przez pryzmat znanych
hipotez i przyj#tych teorii ekologicznych.
Pocz"tkowo badania ró$norodno%ci z u$yciem analiz molekularnych wi"za!y
si# z izolacj" pikocyjanobakterii ze %rodowiska i ich hodowl" (Ernst i in. 1995,
Becker i in. 2002, Crosbie i in. 2003b), a nast#pnie przeprowadzeniem wybranych
analiz molekularnych takich jak analiza polimorfizmu fragmentów restrykcyjnych
RFLP, sekwencjonowanie okre%lonych fragmentów lub ca!ego rDNA b"d) innych
genów markerowych. Badania te umo$liwi!y scharakteryzowanie wyizolowanych
szczepów pod wzgl#dem wybranych fragmentów ich genotypu a tak$e porównanie
szczepów pochodz"cych z ró$nych hodowli czy ze %rodowiska. I tak, Ernst wraz ze
wspó!pracownikami (1995), przy pomocy analizy RFLP odcinka genu z rodziny psbA
rozdzielili hodowane szczepy i odnale)li odzwierciedlenie ró$nic w strukturze b!ony
komórkowej w genotypach tych szczepów (Ernst i in. 1996). Analizy silnie
konserwowanego genu, 16S rDNA, tj. ma!o zmiennego fragmentu rDNA
*"
"
stosowanego w badaniach filogenetycznych, zapocz"tkowa!y tak$e tworzenie
podstaw do badania ró$norodno%ci pikocyjanobakterii poprzez konstrukcj# drzew
filogenetycznych i zaowocowa!y podzia!em pikocyjanobakterii na kilka morskich i
s!odkowodnych klastrów (Herdman i in. 2001). Kolejne badania pozwoli!y wyró$ni'
powszechnie wyst#puj"ce i unikatowe klastry i sekwencje w%ród s!odkowodnych i
morskich pikocyjanobakterii (Crosbie i in. 2003a, Haverkamp i in. 2008, SánchezBaracaldo i in. 2008). Tak$e ja podj!"am prób! izolacji pikocyjanobakterii w celu
zbadania ich ró$norodno%ci. Do izolacji szczepów z Wielkich Jezior Mazurskich
zastosowa"am dwie metody: ‘klasyczn#’ izolacj! stosowan# w mikrobiologii tzn.
izolacj! szalkow# na po$ywce z agarem oraz metod! izolacji przy pomocy
cytometru przep"ywowego. Ta druga metoda by"a inspirowana publikacj#
Crosbie i in. (2003b). Metoda ta zosta"a jednak zmodyfikowana przeze mnie
i dostosowana do wykorzystania prostego cytometru przep"ywowego typu
FaxCalibur, co uczyni"o j# potencjalnie dost!pn# dla wi!kszej liczby badaczy i
laboratoriów %rodowiskowych (Jasser i in. 2010). Porównanie tych dwóch metod
wykaza"o,
$e
stosuj#c
metod!
cytometryczn#
"atwiej
jest
wyizolowa&
pikocyjanobakterie bogate w PE, które s# bardzo trudne do hodowli na agarze i
w rezultacie s# niezwykle rzadkie w kolekcjach kultur. W wyniku izolacji uda"o
nam si! pozyska& ponad 50 monoklonalnych izolatów pikocyjanobakterii, w%ród
których by"o a$ kilkana%cie bogatych w fikoerytryn!. Scharakteryzowane
szczepy bogate w fikoerytryn! w liczbie 12 s# obecnie hodowane w naszej
kolekcji kultur. Badanie te wykaza"y tak$e, $e po$ywka WC, która jest znacznie
ubo$sza w zwi#zki biogenne ni$ po$ywki zwykle u$ywane w hodowli
cyjanobakterii (takie jak BG11 czy Z8) i o stosunku N/P bliskim wspó"czynnika
Redfielda,
jest
najbardziej
wybiórcz#
po$ywk#
przydatn#
do
izolacji
pikocyjanobakterii (Jasser i in. 2010).
Przeprowadzona w ramach moich bada' analiza 16S rDNA izolatów
pozwoli"a przypisa& cz!%& z nich do wcze%niej opisanych, kosmopolitycznych
kladów (A, B, D i E). Kilka szczepów wyizolowanych z jezior mazurskich
zgrupowa"o si! z izolatami pochodz#cymi z eutroficznych zbiorników
zaporowych z Czech – i te zosta"y prowizorycznie nazwane Grup# Cz. Okaza"o
si! tak$e, $e kilkana%cie izolatów uformowa"o nowy, silnie podparty klad
nazwany przez nas dla zaznaczenia ich pochodzenia – Grup# M (Jasser i in.
!+"
"
2011). Grup! t!, wyznaczon# na podstawie analizy odcinka 16S rDNA o d"ugo%ci
1400 pz (prawie ca"a sekwencja 16S rDNA pikocyjanobakterii), utworzy"y tylko
izolaty pochodz#ce z jezior mazurskich i $adne inne sekwencje podobnej
d"ugo%ci dost!pne w bazach danych nie wykaza"y podobie'stwa umo$liwiaj#cego
w"#czenie ich do niej, ani na etapie tych bada' ani pó(niej (Jasser i in. 2013a).
Do ‘rybogrupy’ M (tzn. grupy filogenetycznej wyró$nionej na podstawie analizy
16S rDNA) nale$a"y pikocyjanobakterie zarówno bogate w fikoerytryn! jak i
bogate w fikocyjanin!. Bior#c pod uwag! histori! powstania jezior mazurskich,
tzn. ich polodowcowy charakter oraz czasow# izolacj! sugeruje to endemiczno%&
tej grupy i w konsekwencji wyst!powanie barier geograficznych dla
pikocyjanobakterii.
Podobne
wyniki
wskazuj"ce
na
endemiczno%'
pikocyjanobakterii w pewnych %rodowiskach wodnych wykazywali inni badacze;
Ivanikova i in. (2007) w przypadku jeziora Superior w Ameryce Pó!nocnej oraz Choi
i Noh (2009) w przypadku Morza Wschodnio Chi&skiego. Co wi#cej ci ostatni
autorzy postulowali istnienie niewidzialnych barier geograficznych umo$liwiaj"ce
niezale$n" ewolucj# wyst#puj"cego tam Synechococcus nawet w tak pozornie
homogennym %rodowisku jak %rodowisko morskie.
Analiza odcinka operonu fikocyjaniny cpcBA-IGS przeprowadzona w
ramach moich bada' wykaza"a natomiast, $e do Grupy M wydzielonej w"a%nie
na podstawie analizy tego operonu nale$a"y tylko szczepy zielone, czyli bogate w
fikocyjanin!. D"ugo%& odcinka IGS, która jest charakterystyczna dla ka$dej
grupy wynosi"a dla tych szczepów 97 pz . Natomiast szczepy czerwone, bogate w
fikoerytryn! przypisane do ‘rybogrupy’ M na podstawie operonu fikocyjaniny
nale$a"y do kosmopolitycznych Grup B lub E i charakteryzowa"y si! IGS o
d"ugo%ci odpowiednio 42 i 38 pz (Jasser i in. 2011). Na podstawie tych analiz
wysnu"am hipotez!, $e szczepy nale$#ce do ‘rybogrupy’ M by"y oryginalnie
zielone, zawieraj#c jako barwnik dodatkowy tylko fikocyjanin!. Jednak w
trakcie ewolucji od innych szczepów obecnych w %rodowisku uzyska"y, np. na
drodze horyzontalnego transferu genów, geny koduj#ce fikoerytryn!. Taki
scenariusz ewolucyjny, tzn. mo$liwo%& horyzontalnego transferu genów
koduj#cych pa"eczki fikobilisomów (zawieraj#ce fikoerytryn! lub fikocyjanin!)
by" proponowany przez Six i in. (2007) dla morskich pikocyjanobakterii. Mia" on
umo$liwi& im szybk# adaptacj! do zmian w %rodowisku. Fikocyjanina umo$liwia
!!"
"
cyjanobakteriom korzystanie z d"u$szych fal %wiat"a (%wiat"o pomara'czowoczerwone) a wi!c charakterystycznych dla %rodowiska $yznego i/lub m!tnego,
natomiast fikoerytryna pozwala na efektywne wykorzystanie %wiat"a o krótszej
d"ugo%ci fal (zielono-$ó"tego) przewa$aj#cego w jeziorach o mniejszej m!tno%ci i
ni$szej produktywno%ci (Vörös i in. 1998). Cho& jeziora a polodowcowe w swojej
ontogenezie przechodz# fazy typowe dla scenariusza Lindemana (1942)
zmieniaj#c si! od oligotrofii do eutrofii, jednak na pocz#tku swojej ewolucji
przechodz# cz!sto pomijany okres du$ej zawarto%ci zwi#zków organicznych,
wysokiej produktywno%ci i zwi#zanej z tym du$ej m!tno%ci wód (Whiteside
1983). Bior#c wi!c pod uwag! pocz#tkow# $yzno%& i m!tno%& jezior
polodowcowych wydaje si! wi!c, $e endemiczne szczepy pikocyjanobakterii w
jeziorach mazurskich mog"y by& zielone. Natomiast w trakcie oligotrofizacji
%rodowiska i zwi#zanej z tym poprawy warunków %wietlnych w wodach,
korzystne dla szczepów pikocyjanobakterii by"o posiadanie fikoerytryny.
Zdolno%& do jej produkcji mog"a by& pozyskana na drodze horyzontalnego
transferu genów zgodnie ze scenariuszem proponowanym przez Six i in. (2007) w
rezultacie skutkuj#c szczepami PC i PE w ‘rybogrupie’ M.
W ten sposób wyniki moich bada' sugeruj#, $e filogeneza oraz
genetyczna i fenotypowa ró$norodno%& pikocyjanobakterii z Grupy M
odzwierciedla ontogenez! jezior polodowcowych i adaptacj! Synechococcus do
zmiennego %rodowiska, które by"y zwi#zane z etapami rozwoju jezior
polodowcowych (Jasser i in. 2011).
Kolejnym krokiem w badaniach ró$norodno%ci pikocyjanobakterii by!o
wprowadzenie bada& niezale$nych od izolacji i hodowli mikroorganizmów i polega!o
ono na izolacji DNA z próbek %rodowiskowych i/albo klonowaniu wybranych
fragmentów DNA lub stosowaniu metod odcisku palca (fingerprinting), takich jak
elektroforeza w gradiencie denaturuj"cym (DGGE) lub elektroforeza w gradiencie
termicznym (TGGE), T-RFLP czy ARISA (automatyczna analiza niekoduj"cego
odcinka mi#dzygenowego-ITS), (Rocap i in. 2002, Becker i in. 2002, Callieri i in.
2012, Caravati i in. 2010).
Oprócz uniezale$nienia si# od izolacji i hodowli mikroorganizmów w
laboratorium, co jest istotne, gdy$ tylko niewielki procent mikroorganizmów daje si#
hodowa', metody te zak!adaj", $e analizie poddawane s" bardziej zmienne fragmenty
!#"
"
DNA ni$ 16S rDNA. Te ostatnie, jako silnie konserwowane, wykazuj" bardzo wysoki
stopie& podobie&stwa u pikocyjanobakterii i nie odzwierciedlaj" rzeczywistej
ró$norodno%ci genetycznej tych mikroorganizmów. Metoda DGGE/TGGE umo$liwia
rozdzielenie w $elu poliakrylamidowym odcinków DNA o takiej samej d!ugo%ci, lecz
ró$ni"cych si# sekwencj" nukleotydów i jest cz#sto stosowana w badaniach zmian w
genetycznej ró$norodno%ci mikroorganizmów w %rodowisku (Muyzer 1999). Becker i
in. (2002) stosuj"c m.in. t# metod# dla fragmentu rDNA-ITS, wykazali po raz
pierwszy zmienno%' populacji i subpopulacji pikocyjanobakterii w g!#bokim jeziorze
podalpejskim, Jeziorze Bode&skim. W pó)niejszych badaniach przeprowadzonych w
tym samym jeziorze przy u$yciu DGGE, obok innych metod, Becker i in. (2012)
porównali zmienno%' pikocyjanobakterii, nale$"cych do blisko spokrewnionych
kladów, w ró$nych niszach ekologicznych pelagialu i litoralu. Z kolei Caravati i in.
(2010) wykorzystuj"c analiz# ARISA, opieraj"c" si# na rozró$nieniu odcinków
rDNA-ITS o ró$nej d!ugo%ci, wykazali w kompleksie andyjskich jezior glacjalnych
ró$nice w ró$norodno%ci zespo!ów pikocyjanobakterii w ró$nych siedliskach.
Tak$e moje badania przyczyni"y si! do rozpoznania ró$norodno%ci
genetycznej pikocyjanobakterii w %rodowisku, niezale$nie od hodowli (Jasser i
in. 2013b). W badaniach pikocyjanobakterii z jezior mazurskich na podstawie
analizy DGGE niekoduj#cego fragmentu operonu rybosomalnego (rDNA-ITS)
oraz fragmentu operonu fikocyjaniny cpcBA-IGS, wykaza"am ró$nice w
wyst!powaniu
unikatowych,
cz!stych
i
powszechnych
sekwencji.
Pikocyjanobakterie charakteryzowa"y si! wi!ksz# ró$norodno%ci# w czasie i
przestrzeni pod wzgl!dem operonu rybosomalnego, w ramach którego
stwierdzono wi!cej unikatowych sekwencji ni$ w przypadku operonu
fikocyjaniny, w którym zanotowano wi!kszy udzia" sekwencji cz!stych i
powszechnych. Wydaje si! wi!c to by& w zgodzie z wynikami poprzednich bada'
(Jasser i in. 2011) i wskazuje na zdolno%& pikocyjanobakterii do adaptacji do
warunków %rodowiskowych. W badaniach tych stwierdzi"am równie$, $e ró$nice
w ró$norodno%ci zespo"u pikocyjanobakterii zwi#zane z sezonem/czasem by"y
wi!ksze ni$ ró$nice zwi#zane ze statusem troficznym jezior. Wydaje si! wi!c, $e
czynniki %rodowiskowe zwi#zane z klimatem i fizycznymi cechami %rodowiska
maj# wi!ksze znaczenie dla kszta"towania ró$norodno%ci i struktury zespo"u
pikocyjanobakterii ni$ czynniki zwi#zane z produktywno%ci# jezior. Ponadto
!$"
"
zwróci"am
uwag!,
$e
zarówno
zmiany
sezonowe
oraz
ró$norodno%ci
pikocyjanobakterii i struktury tego zespo"u mo$na t"umaczy& przez powszechnie
znane hipotezy ekologiczne, które w chwili powstania nie uwzgl!dnia"y
pikoplanktonu. Nale$# do nich: model Plankton Ecology Group (PEG) opisuj#cy
stadia sukcesji sezonowej planktonu w eutroficznych jeziorach klimatu
umiarkowanego oraz hipoteza po%rednich zak"óce' (Intermediate Disturbance
Hypothesis – IDH) t"umacz#ca lokalne zmiany w ró$norodno%ci biologicznej
intensywno%ci# i ilo%ci# zak"óce' warunków %rodowiskowych (Reynolds i in.
1993).
Pikocyjanobakterie
w
nietypowych
%rodowiskach
i
pikocyjanobakterie
potencjalnie toksyczne
Ciekawym
pikocyjanobakterii
aspektem
jest
ich
ekofizjologicznej
wyst#powanie
i
genetycznej
w
ró$nych
ró$norodno%ci
%rodowiskach.
Pikocyjanobakterie wyst#puj" powszechne w ró$nych typach wód: od mórz, oceanów
i g!#bokich oligotroficznych jezior, przez silnie zeutrofizowane i p!ytkie jeziora, wody
p!yn"ce, starorzecza po zbiorniki zaporowe czy jeziora arktyczne (Callieri i Stockner
2002, Szel"g-Wasielewska 2008, Vincent 2000). Jednak autorzy byli zgodni, $e wody
o niskim pH s" %rodowiskiem, w którym pikocyjanobakterie nie wyst#puj" (Calieri i
Stockner 2002), a pH 6 jest granicznym st#$eniem jonów wodorowych, poni$ej
którego pikocyjanobakterie nie wyst#puj" (Søndergaard 1991). Istnia"y wprawdzie w
literaturze doniesienia, $e pikocyjanobakterie notowano w wodach kwa%nych,
okazjonalnie nawet w stosunkowo du$ych liczebno%ciach. Wykazali to Steinberg
i in. (1998) w Niemczech w jeziorach o pH 5,0 – 4,5. Tak$e w moich badaniach
prowadzonych w Finlandii (Jasser & Arvola 2003) w jeziorze Valkea Kotinen
(pH
5)
zaobserwowa"am
okresowo
bardzo
liczne
wyst!powanie
pikocyjanobakterii. Wyniki te by"y jednak przyjmowane przez innych badaczy z
rezerw#. Poniewa$ jednak pikocyjanobakterie by"y notowane przeze mnie
okazjonalnie w kwa%nych wodach tak$e w Polsce, podj!"am prób! ich izolacji. I
tak z dwóch jezior o pH ok. 5 wyizolowa"am dwa szczepy pikocyjanobakterii –
bogaty w fikocyjanin! (PC) – SM0708 z polihumusowgo jeziora Smolak Du$y
oraz bogaty w fikoerytryn! (PE) – KS0708 z oligohumusowego jeziora Kruczy
!%"
"
Staw.
Potwierdzi"o
to
wyst!powanie
najmniejszych
przedstawicieli
cyjanobakterii w wodach o pH poni$ej 6. Z kolei eksperymenty laboratoryjne z
wyizolowanymi szczepami wykaza"y, $e nie tylko niektóre pikocyjanobakterie
mog# okazjonalnie wyst!powa& w %rodowisku kwa%nym, ale równie$, $e szczepy
te maj# wy$sz# tolerancj! na niskie pH ni$ szczepy ze %rodowisk o odczynie
neutralnym lub lekko zasadowych (Jasser i in. 2013a). Na podstawie
eksperymentów i analiz filogenetycznych wyizolowanych szczepów wydaje si!, $e
adaptacja do niskiego pH mo$e by& utrwalona genetycznie, chocia$ nie jest
widoczna na podstawie podobie'stwa filogenetycznego. Badania sugeruj# wi!c
potencja"
w
zespo"ach
pikocyjanobakterii
do
reagowania
na
zmiany
%rodowiskowe, takie jak np. zmiany pH w morzach i oceanach. Potencja" ten
wydaje si! by szczególnie istotny w kontek%cie obserwowanych zmian klimatu.
Pikocyjanobakterie, inaczej ni$ wi#ksze cyjanobakterie, przez d!ugi czas by!y
traktowane jako organizmy planktonowe nietworz"ce zakwitów i nie stwarzaj"ce
zagro$e& dla funkcjonowania ekosystemów oraz dla zdrowia cz!owieka. By!y one,
podobnie jak inne drobne, jednokomórkowe cyjanobakterie, traktowane jako obiekt
eksperymentalny do badania odpowiedzi mikroorganizmów na ró$nego typu stres
%rodowiskowy jak np. obecno%' metali ci#$kich czy niskie pH (Pawlik-Skowro&ska i
in. 1997, Huang i in. 2002). Jednak pod koniec lat 90-tych ubieg!ego wieku i w
pierwszych latach XXI wieku pojawi!y si# doniesienia, $e pikocyjanobakterie
notowano w wodach, w których stwierdzono du$e st#$enia mikrocystyn, a tak$e $e w
warunkach laboratoryjnych u niektórych szczepów potwierdzono zdolno%' do
produkcji hepatotoksyn z grupy mikrocystyn (Domingos i in. 1999, Oudra i in. 2002,
Carmichael & Li 2006). Pojawi si# tym samym zupe!nie nowy aspekt ró$norodno%ci
pikocyjanobakterii. Za szczególnie istotny uznano fakt, $e szczep Synechococcus
wyizolowany ze s!onego jeziora Salton Sea, który produkowa! mikrocystyny w
warunkach laboratoryjnych, by! blisko spokrewniony z morskim Synechococcus.
Wskaza!o to wg autorów (Carmichael & Li 2006) na niebezpiecze&stwo, $e
pikocyjanobakterie mog" by' potencjalnym )ród!em zagro$enia mikrocystynami w
%rodowisku morskim. Dotychczas uwa$ano, $e poza %rodowiskami s!onawymi w
których wyst#puj" zakwity Nodularia spumigena i Microcystis, cyjanobakterii
zdolnych do produkcji mikrocystyn, )ród!em mikrocystyn w wodach morskich mo$e
by' tylko dop!yw wód s!odkich zawieraj"cych je (Carmichael & Li 2006). Nie by!y
!&"
"
jednak znane, charakterystyczne dla pikocyjanobakterii, sekwencje genów z klastra
mcy – koduj"cego szlaki metaboliczne zwi"zane z syntez" mikrocystyn. Pierwsze
takie sekwencje, genów mcyA, mcyD i mcyE zosta!y uzyskane ze szczepu
wyizolowanego z jeziora Be!dany (Bukowska i in. w druku). Jednak dalsze badania
na tym polu dotycz"ce genetycznych podstaw toksyczno%ci pikocyanobakterii i
wyst#powania potencjalnie toksycznych szczepów s" konieczne, aby stwierdzi' na ile
pikocyjanobakterie mog" by' )ród!em toksyn w %rodowisku s!odko i s!onowodnym.
Podsumowanie wyników bada' wchodz#cych w sk"ad osi#gni!cia naukowego
Podsumowuj#c moje badania dotycz#ce ró$norodno%ci pikocyjanobakterii
stanowi#ce osi#gni!cie naukowe mo$na stwierdzi&, $e pikocyjanobakterie
przejawiaj# wi!ksz# ró$norodno%& ekofizjologiczn# ni$ wcze%niej przypuszczano.
Ró$norodno%& ta realizuje si! w zmienno%ci sezonowej i przestrzennej
pikocyjanobakterii w %rodowisku (Jasser & Arvola 2003, Jasser i in. 2010,
2013b) i w wyst!powaniu dobrze wyodr!bnionych oraz prawdopodobnie
unikatowych grup filogenetycznych odzwierciedlaj#cych ontogenez! %rodowisk
wodnych (Jasser i in. 2011). Ró$norodno%& ta przejawia si! równie$ w
adaptacjach, które umo$liwiaj# wyst!powanie pikocyjanobakterii w ró$nych,
nawet niesprzyjaj#cych warunkach %rodowiskowych takich jak np. niskie pH
(Jasser i in. 2013a). Jednocze%nie zmienno%& w wyst!powaniu i ró$norodno%ci
pikocyjanobakterii wydaje si! dobrze wpisywa& w ogólnie przyj!te teorie i
hipotezy ekologiczne jak model zmienno%ci sezonowej planktonu (PEG) oraz
hipoteza po%rednich zak"óce' (IDH) (Jasser & Arvola 2003, Jasser i in. 2013b).
Badania
wykaza"y
równie$,
$e
szczególne
cechy
obserwowane
u
pikocyjanobakterii takie jak adaptacja do niskiego pH, nie s# zwi#zane z pozycj#
filogenetyczn# poszczególnych szczepów. Adaptacje te wyst!puj# u szczepów
nale$#cych do ró$nych grup filogenetycznych, cho& nie s# odnajdowane w%ród
szczepów blisko spokrewnionych. Pomimo jednak, $e ró$norodno%& ta nie
znajduje odzwierciedlenia w filogenezie wydaje si! by& utrwalona genetycznie, o
czym %wiadczy"y eksperymenty laboratoryjne (Jasser i in. 2013a).
Obserwowana ró$norodno%& ekofizjologiczna i genetyczna mo$e by&
(ród"em
zmian
mikroewolucyjnych
w
zespo"ach
pikocyjanobakterii
!'"
"
zachodz#cych w zmieniaj#cych si! warunkach %rodowiskowych. W ten sposób
mo$e
mie&
wp"yw
na
funkcjonowanie
ekosystemów,
w
których
te
pikocyjanobakterie wyst!puj#. Moje prace wykaza"y równie$, $e wskazane s#
dalsze badania zarówno ekofizjologicznej ró$norodno%ci pikocyjanobakterii, jak
i jej genetycznych podstaw.
Pi%miennictwo
Agawin N.S.R., Duarte C.M. & Agust S. 2000. Nutrient and temperature control of the
contribution of picoplankton to phytoplankton biomass and production. Limnol
Oceanogr 45: 591–600.
Becker S., Fahrbach M., Böger P. & Ernst A. 2002. Quantitative tracing, by Taq nuclease
assays, of a Synechococcus ecotype in a highly diversified natural population.
Appl Environ Microb 68: 4486–4494.
Becker S., Sánchez-Baracaldo P., Singh A.K, & Hayes P.H. 2012. Spatio-temporal niche
partitioning of closely related picocyanobacteria clades and phycocyanin pigment
types in Lake Constance (Germany). FEMS Microbiol Ecol 80: 488–500.
Bell, T. & J. Kalff, 2001. The contribution of picophytoplankton in marine and freshwater
communities of different trophic status and depth. Limnol Oceanogr 46: 1243–
1248.
Bukowska A., Karnkowska-Ishikawa, A. & Jasser I. W druku. Microcystin-encoding
gene cluster in Synechococcus strains isolated from Great Mazurian Lakes. 15th
International Conference on Harmful Algae Proceedings. (Dost#pne online:
http://www.issha.org/Welcome-to-ISSHA/Conferences/ICHA-conferenceproceedings/ICHA15-Proceedings)
Callieri C. 2007. Picophytoplankton in aquatic ecosystems: the importance of small-sized
phototrophs. Freshwater Reviews 1: 1–28.
Callieri C., Caravati E., Corno G. & Bertoni R. 2012. Picocyanobacterial community
structure and space-time dynamics in the subalpine Lake Maggiore (N. Italy). J
Limnol 71: 95–103.
Callieri C. & Stockner J.G. 2000. Picocyanobacteria success in oligotrophic lakes: fact or
fiction? J Limnol 59: 72–76.
Callieri C. & Stockner J.G. 2002. Freshwater autotrophic picoplankton: a review. J
Limnol 61: 1–14.
Caravati E., Callieri C., Modenutti B., Corno G., Balseiro E., Bertoni R. & Michaud L.
2010. Picocyanobacterial assemblages in ultraoligotrophic Andean lakes reveal
high regional microdiversity. J Plankton Res 32: 357–366.
Carmichael W.W. & Li R.H. 2006. Cyanobacteria toxins in the Salton Sea. Saline
Systems 2: 5–18.
Carrick H.J. & Schelske C.L. 1997. Have we overlooked the importance of small
phytoplankton in productive waters? Limnol Oceanogr 42: 1613–1621.
!("
"
Choi D.H. & Noh J.H. 2009. Phylogenetic diversity of Synechococcus strains isolated
from the East China Sea and the East Sea. FEMS Microbiol Ecol 69: 439–448.
Crosbie N.D., Pöckl M. & Weisse T. 2003a. Dispersal and phylogenetic diversity of
nonmarine picocyanobacteria, inferred from 16S rRNA gene and cpcBA
intergenic spacer sequence analyses. Appl Environ Microb 69: 5716–5721.
Crosbie N.D., Pöckl M. &Weisse T. 2003b. Rapid establishment of clonal isolates of
freshwater autotrophic picoplankton by single-cell and single-colony sorting. J
Microbiol Meth 55: 361–370.
Domingos P., Rubim T.K., Molica R.J.R., Azevedo S.M.F.O. & Carmichael W.W. 1999.
First report of microcystin production a nannoplantic cyanobacterium
Synechococcus sp. Environ Toxicol 14: 31–36.
Ernst A., Marschall P. & Postius C. 1995. Genetic diversity among Synechococcus spp.
(cyanobacteria) isolated from the pelagial of Lake Constance. FEMS Microbiol
Ecol 17: 197–204.
Ernst A., Postius C. & Böger P. 1996. Glycosylated surface proteins reflect genetic
diversity among Synechococcus spp. of Lake Constance. Arch Hydrobiol 48: 1–6.
Garcia-Pichel F., Nübel U., Muyzer G. & Kühl M. 2000. On cyanobacterial community
diversity: which diversity and how to quantify it. W: Microbial Biosystems: New
Frontiers. Proceedings of the 8Th Int. Symposium Microb. Ecol. Bell, C.R.,
Brylisnky, M., and Johnson-Green, P. (eds). Halifax: Atlantic Canada Society for
Microbial Ecology.
Grime J.P. 1997. Biodiversity and ecosystem function: The debate deepens. Science 277:
1260–1261.
Haverkamp T., Acinas S.G., Doeleman M., Stomp M., Huisman J., Stal L.J. 2008.
Diversity and phylogeny of Baltic Sea picocyanobacteria inferred from their ITS
and phycobiliprotein operons. Environ Microbiol 10:174–188.
Herdman M., Castenholz R. W., Waterbury J. B. & Rippka R. 2001. Form-genus XIII.
Synechococcus. W: Bergey’s manual of systematic bacteriology. Boone, D. R. &
R. W. Castenholz (eds)Springer-Verlag, New York: 508–512.
Hooper D.U. & Vitousek P.M. 1997. The effects of plant composition on ecosystem
processes. Science 277:1302– 1305.
Huang J.J., Kolodny N. H., Redfearn J.T. & Allen M.M. 2002. The acid stress response of
the cyanobacterium Synechocystis sp. strain PCC 6308. Arch Microbiol 177: 486–
493.
Ivanikova N.V., Popels L.C., McKay R.M.L. & Bullerjahn G.S. 2007. Lake Superior
supports novel clusters of cyanobacterial picoplankton. Appl Environ Microb 73:
4055–4065.
Jasser I. 2002. Autotrophic picoplankton (APP) in four lakes of different trophic status:
composition, dynamics and relation to phytoplankton. Pol J Ecol 50: 341-355.
Jasser I. & Arvola L. 2003. Potential effects of abiotic factors on the abundance of
autotrophic picoplankton in four boreal lakes. J Plankton Res 25: 873-883.
!)"
"
Jasser I., Karnkowska-Ishikawa A. & Chróst R.J. 2013a. Do acid-tolerant
picocyanobacteria exisit? Isolation of picocyanobacteria from low-pH humic
lakes. Hydrobiologia 707: 209-218.
Jasser I., Karnkowska-Ishikawa A., Koz!owska E., Królicka A. & (ukomska-Kowalczyk
M. 2010. Isolation of picocyanobacteria from Great Mazurian Lake System –
comparison of two methods. Pol J Microbiol 59: 21-31.
Jasser I., Królicka A., Jakubiec K. & Chróst R.J. 2013b. Seasonal and spatial diversity of
picocyanobacteria community in the Great Mazurian Lake system derived from
DGGE analyses of 16S rDNA and cpcBA-IGS markers. J Microbiol Biotech 23:
739-749.
Jasser I., Królicka A. & Karnkowska-Ishikawa A. 2011. A novel phylogenetic clade of
picocyanobacteria from the Mazurian lakes (Poland) reflects the early ontogeny of
glacial lakes. FEMS Microbiol Ecol 75: 89-98.
Johnson P. W. & Sieburth J. McN. 1979. Chroococcoid cyanobacteria in the sea: a
ubiquitous and phototrophic biomass. Limnol Oceanogr 24: 928–935.
Komárek J., Kopecká J. & Cepák V. 1999. Generic characters of the simplest
cyanoprokaryotes Cyanobium, Cyanobacterium and Synechococcus. Cryptogamie
Algol 20: 209–222.
Kukkonen S., Koponen T. & Arvola L. 1997. Abundance of phototrophic and
heterotrophic picoplankton in boreal lakes of varying trophic state and humic
matter content. Verh Int Ver Limnol 26: 502–507.
Lindeman R.L. 1942. The trophic-dynamic aspect of ecology. Ecology 23: 399–418.
Maestre F.T. Quero J.L., Gotelli N.J., Escudero A., Ochoa V., Delgado-Baquerizo M.,
García-Gómez M., Bowker M.A., Soliveres S., Escolar C., García-Palacios P.,
Berdugo M., Valencia E., Gozalo B., Gallardo A., Aguilera L., Arredondo T.,
Blones J., Boeken B., Bran D., Conceição A.A., Cabrera O., Chaieb M., Derak
M., Eldridge D.J., Espinosa C.I., Florentino A., Gaitán J., Gatica M.G., Ghiloufi
W., Gómez-González S., Gutiérrez J.R., Hernández R.M., Huang X., HuberSannwald E., Jankju M., Miriti M., Monerris J., Mau R.L., Morici E., Naseri K.,
Ospina A., Polo V., Prina A., Pucheta E., Ramírez-Collantes D.A., Romão R.,
Tighe M., Torres-Díaz C., Val J., Veiga J.P., Wang D. & Zaady E. 2012. Plant
species richness and ecosystem multifunctionality in global drylands. Science 335:
214–218.
Mazur-Marzec H., Sutryk K., Kobos J., Hebel A., Hohlfeld N., Kaczkowska M. J.,
B!aszczyk A., Toru&ska A., (ysiak-Pastuszak E., Kra%niewski W. & Jasser I.
2013. Occurrence of cyanobacteria and cyanotoxin in the Southern Baltic Proper.
Filamentous cyanobacteria versus single-celled picocyanobacteria. Hydrobiologia
701: 235–252.
Moser M., Callieri C. & Weisse T. 2009. Photosynthetic and growth response of
freshwater picocyanobacteria are strain-specific and sensitive to photoacclimation.
J. Plankton Res 31: 349– 357.
Muyzer G. 1999. DGGE/TGGE method for identifying genes from natural ecosystems,
Curr Opin Microbiol 2: 317–322.
!*"
"
Naeem S, Thompson L.I., Lawler S.P., Lawton J.H. & Woodfin R.M. 1995. Empirical
evidence that declining species diversity may alter the performance of terrestrial
ecosystems. Phil Trans R Soc Lond 347: 249–262.
Oudra B., Loudiki M., Vasconcelos V., Sabour B., Sbiyyaa B., Oufdou Kh. & Mezrioui
N. 2002. Detection and quantification of microcystins from cyanobacteria strains
isolated from reservoirs and ponds in Morocco. Environ Toxicol 17: 32–39.
Pawlik-Skowro&ska B., Kaczorowska R. & Skowronski T. 1997. The impact of inorganic
tin on the planktonic cyanobacterium Synechocystis aquatilis: The effect of pH
and humic acid. Environ Pollut 97: 65–69.
Raven J.A. 1998. The twelfth Tansley lecture. Small is beautiful: the picophytoplankton.
Funct Ecol 12: 503–513.
Reynolds, C. S., J. Padisák, and U. Sommer. 1993. Intermediate disturbance in the
ecology of phytoplankton and the maintenance of species diversity: A synthesis.
Hydrobiologia 249: 183–188.
Rocap G., Distel D.L., Waterbury J.B. & Chisholm S.W. 2002. Resolution of
Prochlorococcus and Synechococcus ecotypes by using 16S-23S ribosomal DNA
internal transcribed spacer sequences. Appl Environ Microbiol 68: 1180–1191.
Rodhe W. 1955. Productivity: can plankton production proceed during winter darkness in
subartic lakes? Int Ver Theor Angew Limnol Verh 12: 117–122.
Sánchez-Baracaldo P., Handley B.A. & Hayes P.K. 2008. Picocyanobacterial community
structure of freshwater lakes and the Baltic Sea revealed by phylogenetic analyses
and clade-specific quantitative PCR. Microbiology 154: 3347–3357.
Six C., Thomas J.C., Garczarek L., Ostrowski M., Dufresne A., Blot N., Scanlan D.J. &
Partensky F. 2007. Diversity and evolution of phycobilisomes in marine
Synechococcus spp.: a comparative genomics study. Genome Biol 8: R259.
Sommer U., Gliwicz Z. M., Lampert W., & Duncan A. 1986. The PEG-model of seasonal
succession of planktonic events in lakes. Arch Hydrobiol 106: 433–471.
Søndergaard M. 1991. Phototrophic picoplankton in temperate lakes: seasonal abundance
and importance along a trophic gradient. Int Rev Hydrobiol 76: 505–522.
Steinberg C.E.W., Schafer H. & Beisker W. 1998. Do acid-tolerant cyanobacteria exist?
Acta Hydroch Hydrob 26: 13–19.
Stomp M., Huisman J., Vörös L., Pick FR., Laamanen M., Haverkamp T. & Stal L. 2007.
Colourful coexistence of red and green picocyanobacteria in lakes and seas. Ecol
Lett 10: 290–298.
Szel"g-Wasielewska E. 2008. Autotroficzny pikoplankton w zbiornikach wodnych
zachodniej Polski: wyst#powanie, struktura i znaczenie w mikrobiologicznej sieci
troficznej. Wydawnictwo Naukowe UAM, Pozna!. ISBN 978-83-232184-6-3. pp.
56.
Tilman D., Wedin D. & Knops J. 1996. Productivity and sustainability influenced by
biodiversity in grassland ecosystems. Nature 379: 718-720.
Vincent W.F. 2000. Cyanobacterial dominance in the polar regions. – W: The Ecology of
Cyanobacteria. Whitton B. A. & Potts M. (eds.) pp. 321–340. Kluwer Academic
Publishers. The Netherlands.
#+"
"

Autoreferat - Wydział Biologii UW

Transkrypt

Podobne dokumenty

Zadanie 11 - Wydział Biologii UW

dr Marcin Gruszecki Wydział Nauk o Zdrowiu z Oddziałem

Dr Teresa Janicka Panek Łódź, 18 grudnia 2015 Wyższa Szkoła

dr Urszula Guzik Katedra Biochemii Wydzial Biologii i Ochrony

bezp³atne kursy języka angielskiego

14. Ugoda w sprawie zmiany stanu wody na gruntach

Wniosek dr B. Kozakiewicz

Dzieci Ziemi I³awskiej w i³awskim kinoteatrze

Konkurs piosenki rosyjskiej