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地球微生物知多少

已有 6892 次阅读 2020-11-11 08:24 |系统分类:科研笔记

​最近《微生物学通报》出版了环境微生物学主题专刊，周宁一编辑在序言里提到"地球上存在的原核微生物数量估算约为(4-6)×1030"。对这个数字感兴趣，就查了一下地球上微生物的相关信息，和大家分享。


地球上原核生物的数量

这篇文章追溯到1998年，研究结果表明地球上绝大多数的原核生物存在于海洋、土壤、海洋地表和陆地地表，细胞数量分别为1.2×1029、2.6×1029、3.5×1030、和0.25–2.5×1030，总数约为(4-6)×1030个。绝大多数微生物都在地表，随着深度的增加，微生物越来越少。除了上述几个场所，还有少量的微生物存在于动物体内、空气以及植物叶面等。
地球上原核生物的数量如下表所示：
在本文中，作者也对地球上原核生物所占的碳含量进行了预测，预测的碳总量为350–550 Pg C (1015 g carbon)，占地球上植物碳的60-100%。那么这个结果可靠吗？
文献出处：Whitman, W. B., Coleman, D. C., & Wiebe, W. J. (1998). Prokaryotes: the unseen majority. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(12), 6578-6583.


地球上原核生物的生物量

随着取样和检测技术的进步，Bar-On等人对地球上不同物种的生物量进行最新的预测，结果如图所示，地球上所有物种的生物量约550 Gt C(1 Gt C = 1015 g carbon)，其中80%为植物(~450 Gt C)，其次是细菌(~70 Gt C)，约占15%，其他依次是真菌、古菌、原生生物、动物和病毒。而70多亿的人类，只占地球生物量的0.01%。由此可见，上文预测的原核生物350–550 Pg C这一数据有些高估了。
文献出处：Bar-On, Y. M., Phillips, R., & Milo, R. (2018). The biomass distribution on Earth. Proceedings of the National Academy of Sciences, 115(25), 6506-6511.


地球上微生物的种类

作者基于尺度规律和生物多样性的对数模型，预测地球上微生物的种类约为1011~1012个。到目前为止~104个种类被分离培养，少于105个物种有分类序列，99.999%的微生物种类仍未被发现。当然，这篇文章的结论也受到了一些质疑，有学者推测微生物的种类可能只有106个，但支持者也不在少数。

文献出处：Locey, K. J., & Lennon, J. T. (2016). Scaling laws predict global microbial diversity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 113(21), 5970-5975.
Louca, S., Mazel, F., Doebeli, M., & Parfrey, L. W. (2019). A census-based estimate of Earth's bacterial and archaeal diversity. PLoS Biology, 17(2), e3000106.


地球上已被测序的原核生物比例

本文研究推测，全球原核生物类群的基因组测序比例为2.1%，一些高丰度的优势种群测序比例远远高于稀有类群。以往大家老生常谈的1%微生物可培养这一概念可能有点OUT了，可培养微生物比例应该更高。

文献出处：Zhang, Z., Wang, J., Wang, J., Wang, J., & Li, Y. (2020). Estimate of the sequenced proportion of the global prokaryotic genome. Microbiome, 8(1), 1-9.

结语
目前我们关于微生物的认知仍十分有限，尤其是微生物组学和生态学的发展才刚刚拉开帷幕。让我想起星爷电影的经典对白：
柳飘飘：喂，看前面漆黑一片，什么也看不见。
尹天仇： 也不是，天亮之后就会很美。

(欢迎关注公众号i3microorganism，了解更多微生物)



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1 胡伟

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