Bacterial Circadian Programs pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Johnson, Carl H. 编

出品人:

页数:333

译者:

出版时间:

价格:$ 258.77

装帧:

isbn号码:9783540884309

丛书系列:

图书标签:

• 细菌
• 昼夜节律
• 分子生物学
• 基因调控
• 生物钟
• 微生物学
• 生理节律
• 生物化学
• 系统生物学
• 时间生物学

菌群节律的生态学与演化：超越宿主时间表的协同进化 图书简介 本书深入探讨了宏基因组学时代下，微生物群落（Microbiota）所展现出的复杂、动态的节律性行为，并将其置于宏大的生态学和演化背景下进行审视。我们聚焦于微生物群落如何构建并维持其内在的时间组织，以及这些时间组织如何与宿主（如动物和植物）的昼夜节律系统产生深刻的相互作用与协同演化。本书旨在为理解微生物生态学提供一个全新的时间维度视角，揭示那些隐藏在静态物种列表和丰度数据之下的动态调控机制。 第一部分：微生物节律的基石：内在时钟的构建与多样性 传统上，我们习惯于将微生物的生理活动视为对环境光照、温度或营养物质的直接、瞬时响应。然而，本书的第一部分挑战了这一简化观点，阐明了原核生物和真核微生物如何独立演化出可自我维持的、具有遗传基础的“内在时钟”（Endogenous Clocks）。 第一章：原核生物的“时间感”：从细胞周期到群体感应的时序调控 本章详细考察了细菌和古菌中负责时间编码的分子模块。我们不再局限于已知的蓝细菌的拟态环系统（Circadian System of Cyanobacteria），而是扩展到非光合生物，如肠道细菌和土壤微生物。重点讨论了基于Two-Component Systems (TCS) 和Ribosome Gating 的时间缓冲机制。我们分析了基因表达调控中的延迟元件（Delay Elements）如何通过mRNA或蛋白质的合成与降解速率的微妙平衡，实现数小时甚至数十小时的周期性振荡。此外，我们探讨了群体感应（Quorum Sensing, QS）系统如何被整合到节律网络中，使得细菌在特定时间点进行高密度的群体行为（如生物膜的形成或毒力的释放），这不仅仅是密度依赖，更是时间依赖的精确调控。 第二章：真菌与藻类的节律遗产：光周期响应与代谢的相位锁定 真核微生物（如酵母、霉菌和藻类）在节律调控上拥有更复杂的机制，通常涉及转录-翻译反馈回路（TTFLs）。本章深入剖析了这些真核生物如何利用光敏蛋白（如WC-1/WC-2）作为环境信号的接收器，并将外部光周期（Photoperiod）锁定到其内在的24小时周期中。特别关注了酵母中关键代谢酶（如糖酵解通路中的关键限速酶）的表达波动，揭示了即使在恒暗条件下，其能量代谢依然保持着清晰的相位。对于海洋藻类，我们分析了其光合作用效率与细胞分裂周期在一天之内的动态分配策略。 第二部分：生态位中的时间组织：群落节律的涌现与稳定 微生物节律并非孤立的细胞现象，它们在群落尺度上产生涌现性的结构和功能。第二部分将视角提升到生态系统层面，研究时间如何塑造微生物群落的结构和功能稳定性。 第三章：跨物种的节律耦合：共生网络中的时间同步 在多物种的微生物群落中，不同物种的内在时钟并非独立运行，而是通过跨界信号（Cross-talk Signaling）相互耦合。本章探讨了代谢产物（如短链脂肪酸、吲哚衍生物）和直接信号分子如何充当“节律导体”，同步或去同步相邻菌株的活动。我们引入了时间同步网络模型（Temporal Synchronization Networks），用于预测在营养输入剧烈变化的动态环境中，哪些关键相互作用会引导整个群落进入一个统一的、可预测的日变化模式。重点分析了不同营养利用策略的微生物如何在一天中进行“时间划分”（Temporal Partitioning）以减少直接竞争。 第四章：环境异质性与节律的适应性：土壤与水体的日夜动态 环境的物理特性（如土壤水势、水体氧化还原梯度）本身就具有周期性变化。本章考察了这些环境信号如何雕刻微生物的节律。在土壤生态系统中，我们分析了真菌菌丝的生长速率与土壤微生物酶活性的日变化，这些变化如何影响碳、氮的转化速率。在水体环境中，我们研究了浮游微生物群落如何通过时间错位来最大化对光能的捕获，以及夜间代谢如何成为维持细胞稳态的关键。强调了节律的可塑性（Plasticity）——微生物群落如何快速调整其节律的相位或周期长度以应对异常天气事件。 第三部分：宿主-微生物的节律协同演化：生理时间与生态时间的中介 微生物节律与宿主昼夜节律的相互作用是本书的核心议题。我们探讨了宿主如何“驯化”其微生物群落的时间表，以及微生物如何反过来影响宿主的生理机能。 第五章：肠道轴线的时钟校准：营养吸收与免疫防御的时间窗口 肠道微生物群落是研究宿主-微生物节律交互作用最活跃的领域。本章详细阐述了宿主生物钟（主要由肝脏和下丘脑视交叉上核SCN驱动）如何通过控制肠道蠕动、粘液分泌和胆汁酸分泌，间接设定肠道细菌的“工作时间”。更关键的是，我们分析了微生物代谢物（如丁酸盐、色氨酸代谢产物）的日变化如何反向作用于宿主肝脏的代谢酶，影响葡萄糖稳态和脂质代谢的昼夜节律。此外，我们深入探讨了微生物在特定时间点释放的分子信号如何训练或调节宿主的先天免疫系统，即免疫力的时间窗口（Temporal Windows of Immunocompetence）。 第六章：演化压力下的节律重组：病原体与共生体的时序策略 本章从演化生物学的角度审视节律。我们假设，一个成功的共生体或病原体必须能够预测或适应宿主的时间表。对于共生菌，它们的节律通常与宿主营养摄入（进食时间）高度同步，以确保最佳的协同互惠。然而，对于机会性病原体，其致病性（Virulence）的表达可能被演化为“时间攻击”，即在宿主生物钟最脆弱、防御系统最“放松”的时段集中释放毒素或侵袭因子。我们通过比较不同宿主系统（如哺乳动物、昆虫和植物）中微生物群落的节律模式，揭示了在不同的选择压力下，节律的哪些方面（相位、幅度或周期）被保留或修改。 第七章：超越“24小时”：微生物节律在非昼夜生物中的意义 传统昼夜节律研究聚焦于24小时周期。本章拓宽了视野，考察了在缺乏明确光照周期的环境中（如深海热泉、地下土壤、或恒定培养条件）微生物群落所展现出的超昼夜（Ultradian）或次昼夜（Infradian）节律。这些更长或更短的周期往往与营养物质的循环利用、休眠/激活的切换，以及群体层面的资源分配策略相关联。这表明，微生物的时间组织是一种更普遍的生物学组织原则，而非仅仅是对日夜交替的被动适应。 结论：时间作为生态变量 本书总结指出，将“时间”视为与空间、营养和温度同等重要的核心生态变量，是理解生命系统复杂性的关键。微生物节律研究的未来将依赖于高通量、高时间分辨率的动态组学技术，以绘制出跨越不同生态位和演化距离的微生物节律“时空图谱”，从而更好地预测群落动态、优化生物技术应用，并最终揭示生命组织在时间维度上的普遍规律。

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