楊箴芸、謝志豪

臺大海洋研究所謝志豪教授與碩士畢業生楊箴芸，使用新穎的研究船上實驗設計，首次提出海洋野外實驗之直接證據，支持“殺死勝利者”假說為調節海洋微生物多樣性的重要機制。本研究以東海微生物為研究對象，發表於2023年三月份之mSystems 期刊。

“殺死勝利者”假說（kill-the-winner hypothesis）旨要說明細菌不同種類間存在著對於環境資源的競爭能力與抵抗獵食和感染之間的權衡（競爭力—抵抗力權衡）；亦即，由於獵食和感染能抑制高競爭的細菌物種，此過程可以使更多細菌物種得以共存，促使微生物多樣性得以維持。然而，雖然此假說已在科學界受到數十年的關注，很少研究針對天然海洋細菌群聚探究此權衡的存在，且沒有確切的直接證據。為了探討此議題，本研究於東海區域進行稀釋實驗以調節微細鞭毛蟲之獵食和病毒之感染對海洋細菌生長與死亡的影響力，並應用 16S rRNA 基因高通量測序技術來評估每個細菌種類的反應。此實驗設計得以測量個別細菌種類在無獵食和感染下的生長速度，以及獵食與感染所造成的死亡率；在此，生長速度用以代表每個細菌種類的競爭力，而死亡率則代表每個細菌種類的缺乏抵抗力。總體而言，擁有越高競爭力的細菌種類，會同時具有較低對獵食與感染的抵抗力 (圖1A)，證實了“競爭—抗性權衡”在海洋微生物生態系中的存在。有趣的是，比起只考慮微細鞭毛蟲獵食的影響力，同時考慮獵食和病毒感染的影響下“競爭—抗性權衡”相較更明顯。除此之外，隨著獵食和感染影響力同時減小，細菌的物種數量分佈呈現更加陡峭，物種分布較不均勻，物種豐度也減少 (圖1B)；顯示“殺死勝利者”機制確實可以幫助維持細菌的群聚組成與多樣性。

延伸閲讀：
Yang, J. W, F. H. Chang, Y. C. Yeh, A. Y. Tsai, K. P. Chiang, F. K. Shiah, G. C. Gong, and C. H. Hsieh. (2023) Trade-offs between competitive ability and resistance to top-down control in marine microbes. mSystems. 8: e01017-22.

圖1. (A)本研究發現不同細菌種類在無獵食和感染之下的生長速度與其對獵食和感染之抵抗力呈現負相關，表示“競爭—抗性權衡” (competition-resistance trade-off) 存在於海洋微生物群聚。(B) 隨著獵食和感染影響力同時減小，細菌的多樣性也隨之減少，符合著“殺死勝利者”假說的預測；其中，SAD 為物種數量分佈 (species abundance distribution)。 “微細鞭毛蟲獵食＋病毒感染”實驗組（紅色實線）的結果非常顯著；而“僅微細鞭毛蟲獵食” 實驗組（黑色虛線）的結果較不顯著。

本文轉載自國立臺灣大學海洋研究所研究報導，原文連結：http://www.oc.ntu.edu.tw/?p=23257