土壤中的超小型捕食者：类型和作用
土壤中的超小型捕食者：类型和作用
Open PDF in new window.
Open link to original article on Frontiers for Young Minds.
土壤中的超小型捕食者：类型和作用
土壤生物多样性
土壤不仅仅是由沙子、粘土和黄土组成的深色泥土，还具有高度的生物 多样性，生活着数以百万计的各种类型和大小的生物。土壤不仅比地球 上任何其他生态系统具有更多的生物多样性，而且所有土壤生物（包括 根部约占土壤生物一半的植物）的重量远远大于所有其他生物的重量总 和[1]。土壤生物大小不一，包括微小的病毒、可以蔓延几百米的巨大真 菌，以及介于这两者之间的一切！土壤中的微观生命被称为土壤微生物 组，主要由细菌和真菌组成。如果没有具有生物多样性的微生物组，土 壤将无法回收养分并促进植物生长。本文重点介绍原生动物和线虫这两 类很少有科学家研究的土壤生物。读完本篇文章后，希望大家能理解为 什么需要更多的研究来集中在这些微小的生物体上！
原生动物和线虫：微型捕食者
微生物组捕食者是以细菌和真菌等微生物为食的生物[2]。原生动物和线 虫是最重要的微生物组捕食者之一。线虫超级小，比人类头发的宽度还 要小100倍，所以肉眼无法观察到它们。科学家最熟悉的线虫是一种被称 为Caenorhabditis elegans的蛔虫，经常被用于研究中。许多科学家、医生、 农民和园丁都知道线虫是害虫，因为有些物种可以感染人类，有些则会 引起植物疾病。在土壤中，线虫捕食细菌、真菌或其他线虫，并可能成 为动物和植物的寄生虫。虽然大多数线虫看起来基本相同，但却有着数 十万个不同的物种（图1A）1。地球上10个动物中有8个是线虫，换句话
说，每一个人身上就有600亿条线虫[3]！
土壤中的原生动物比线虫多1000倍！原生动物是一种不能被归为动物或 植物的微生物，是真核生物，它们像动物、真菌和植物的细胞一样含有 细胞核。虽然 “原生生物 ”一词对你来说可能很陌生，但你应该听说过一 些著名的原生生物的例子：比如湖泊和海洋中进行光合作用的所有真核 藻类都是原生生物，导致疟疾的恶性疟原虫（Plasmodium falciparum）也 是原生动物。除了变形虫（Amoebae）和草履虫（Paramecium），世界 上还有很多其他的原生动物! 地球上大部分真核生物的多样性可能是由有 着数百万种的原生生物组成的，但是我们对现有的原生生物物种的了解 还不到百分之一。在土壤中，原生动物有着广泛的功能。大多数原生动 物以细菌为食，但也有原生动物以真菌甚至较大的动物为食。一些原生 动物是植物和动物的寄生虫，而一些原生生物（如地衣）与真菌有密切 关系[4]。原生动物有超级多样且漂亮的形状（图1B）2。与狮子或其他大 型捕食者类似，微生物组捕食者也会捕食许多它们可以捕获的东西（图 1C,D）；这样，这些微型捕食者可以控制微生物的生长，改变土壤生态 系统中的生物种类，并帮助土壤发挥其重要功能。对微生物组的捕食还 会导致营养物质释放到土壤中，从而被其他微生物和植物吸收，帮助其 生长。微生物组捕食者通常以不太活跃的微生物为食，从而使整个微生 物组呈现更加活跃的状态——这种捕食策略类似于狮子：通过捕食年龄较 大、速度较慢和较弱的个体来诱导猎物向更健康的状态发展。
我们应该如何研究微生物组捕食者？
由于线虫和原生动物很小，在土壤中是不可见的，所以科学家们不能在 其自然栖息地直接研究。用于研究这些生物的一个方法是将它们从土壤 中分离出来。这种方法对线虫来说比较容易，你甚至可以在家里使用咖
啡滤纸或纸巾、水和一个碗等工具进行尝试（图2）！3
研究原生动物则更为复杂。土壤中大多数的原生动物都强烈地附着在土 壤颗粒上，过去研究它们最好的方法是将少量的土壤与细菌放在一起， 然后提取以细菌为食的原生动物。然而，只有少数类型的原生动物可以 通过这种方式生长，因此许多原生动物物种仍然是未知的。今天，大多 数研究人员使用分子工具，如从土壤中提取的DNA来识别这些微型生物。 因为每个生物体都有独特的DNA序列，我们可以通过DNA测序技术，根据 其独特的DNA来区分各个物种。尽管我们用肉眼观察不到，也不能在实验 室里培养它们（图3），但这种方法可以告诉我们究竟存在哪些土壤生物。 这些提取、培养和测序的方法向我们展示了土壤样品中存在哪些物种， 但并没有展示这些物种的作用。有些方法可以了解土壤中原生动物和线 虫的功能，包括将捕食者与各种猎物微生物结合起来，观察它们是如何 相互作用的；还有一些科学方法可以通过[5]中所述的特殊方法追踪某些 土壤化合物，从而揭示土壤中的生物以什么为食。
我们为什么要关心微生物组捕食者？
如果没有微生物组捕食者，土壤会出现大问题，这会给人类带来麻烦！ 几乎所有进入土壤的营养物质都被细菌和真菌吸收了，所以如果不加以 控制，那么数量最多的细菌就会吸收并长期保留所有的营养物质。土壤 中的微生物在没有捕食者的情况下可以存活数月，甚至可以进入长期生 存阶段（可存活数十年）。这样会使得食物链终止，导致更大的生物无 法生存。植物从土壤中吸收的养分也会少得多，从而生长缓慢。但通过 捕食微生物并释放营养物质，微生物组捕食者可以确保植物能够获得营 养物质；并且微生物组捕食者本身也可以作为较大生物的猎物。因此， 微生物组捕食者通过帮助土壤发挥其关键功能，最终拯救了我们的食物 供应。 片
结论
原生动物和线虫是地球上生物多样性最丰富、数量最多的生物之一；也 是重要的微生物组捕食者，在确保土壤正常运作方面发挥重要作用。如 果没有微生物组捕食者，地下和地上的生命就不可能存在！微生物组捕 食者对植物生长至关重要，而且在其他微生物过程中也发挥着关键作用。 通过对微生物组原生动物和线虫的了解，我们也将对土壤的工作方式有 更好的理解。如果清楚如何调整土壤中微生物组捕食者的类型和数量， 就可以帮助保持土壤微生物组的健康并保护土壤功能。微生物组捕食者 在土壤中的关键作用清楚地表明，我们不应该忘记地球上的任何生命群 体，因为即使是最小的生物体也会有独特的功能重要性，这有助于维持 包括人类在内的许多其他生物的生存。
Figures
Figure 1: 显微镜下的线虫（A）和 原生动物（B）。与草原 生态系统中著名的捕食 者狮子（C）类似，微生 物组捕食者（D）在地下 生态系统中也发挥着类 似的重要作用。原生动 物和线虫以细菌和真菌 为食，改变了土壤生物 的组成和活动，有助于 保持土壤的健康。图片 来源。A：线虫 （Anaplectus porosus和 Aphelenchoides）来自 Hanny van Megen）； B：原生动物 （Hyalosphenia papilio、 Heliamoeba sp和 Mayorella viridis）来自 www.penard.de，获得 Eckhard Völcker和Steffen Clauß许可；C：狮子和 斑马图片来自 https://purepng.com/ （获得CCO许可）。D: 细菌漫画，来自维基百 科，获得CC0许可。 DNA测序 一种确定生物体DNA序 列的方法，可用于识别 生物体。
Figure 2: 在家提取线虫。如图所 示：将一把土壤放在两 个咖啡滤纸上，用衣夹 封住，然后将滤纸放在 一个装满水的碗里（水 应覆盖住滤纸中的土 壤）。第二天，取出咖 啡滤纸，混合溶液并将 其转移到一个薄玻璃杯 中，等待一小时，然后 小心地倒掉大部分液 体，只留下一点在玻璃 杯底部。现在你就可以 用放大镜或显微镜观察 剩余溶液中的线虫了。
Figure 3: 除了在土壤中隐藏得很 好之外，微生物组捕食 者也太小了，所以肉眼 无法看到。为了研究这 些生物，科学家们通常 通过从土壤中提取DNA 并对该DNA进行测序来 确定所有存在的原生动 物和线虫的种类。 (图片 来源： https://www.bioanaly sis-zone.com/，版权 免费（CC0）。 Geisen EDITED BY: Rémy Beugnon, German Centre for Integrative Biodiversity Research (iDiv), Germany CITATION: Geisen S (2021) Super-Small Predators in Soils: Who Are They and What Do They Do? Front. Young Minds 9:597620. doi: 10.3389/frym.2021.597620