海洋生態系裡面，藻類是重要的初級生產者，把太陽的能量轉成其他生物可以利用的形式，讓大海可以生生不息。其中，矽藻所產生的初級生產力就佔了整體的40%[1]。如同上面那張圖一樣，撈起一瓢海水，總是能看到各形各樣的矽藻，好像美麗的萬花筒。但是，為什麼這麼多種類的矽藻，可以穩定的生存在同個生態系呢？他們需要的資源的差不多，為什麼不會互相競爭到只剩下少數的種類可以存活？為了探討這個問題，MIT-Woodshole海洋科學院的博士班學生Alexander，使用一種新的分子技術和分析方法，探究不同的矽藻種類如何在生態系中扮演不同的角色[2]。
從1950年開始，Woodshole的研究人員每週都會在美國羅德島附近的那拉西特灣進行浮游生物的採樣。由於累積了很長時間的資料，研究人員們有機會瞭解當地生態系的長期變化。藉由這個長時間的群集動態資料，研究人員鎖定兩種常見的矽藻：骨藻（Skeletonema spp.）和鏈藻（Thalassiosira rotula），並與之後他們使用分子生物方法鑑定出的藻類互相驗證，確認分子方法表現出來的藻類組成跟傳統鑑定方式是吻合的。
接著，研究人員使用了一個新的方法來瞭解矽藻們的群集動態。首先，他們在採樣以後，抽取矽藻體內的RNA。雖然都是遺傳物質，但相較於DNA記載了每個生物的生命密碼（生物體的藍圖），RNA則像依據藍圖挑選建構的模型，能告訴我們每個生物體「正在做什麼」──也就是正在產生什麼樣的蛋白質。所以，藉由分析RNA，研究人員可以知道生物們正在進行什麼樣的代謝反應。
科學家發現，骨藻和鏈藻管共同生存在同一個環境，他們使用營養物質的方式卻大相徑庭。以利用氮來說，骨藻在環境中是比較強勢的，他們偏向利用無機的營養鹽，像是硝酸鹽與亞硝酸鹽；而鏈藻則傾向使用從有機物（如氨基酸）分解出來的營養鹽。
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| 這個圖看起來很複雜，不過不要被它嚇壞了，可以從最旁邊那一排開始看就好。總之，作者將處理三種氮來源的代謝路徑列出來，由上而下依序是處理硝酸鹽、氨和胺基酸的三條代謝路徑。然後每個框框代表參與相關代謝作用的基因。框框中上面那排四個顏色代表骨藻的基因表現、下面代表鏈藻的基因表現，顏色越深代表表現量越多。所以，我們可以看到，骨藻產生比較多的酵素來處理硝酸鹽和氨，相反的，鏈藻則著重在代謝胺基酸。 |
另外，研究人員也培養有矽藻的海水樣本，並測試了兩種極端的環境：擁有充足的氮的環境、以及另一種雖然有充足的其他養分，卻缺少氮的環境。他們發現，不同種類的矽藻在兩種環境中的基因表現也很不一樣（如下圖），例如在缺氮的環境，鏈藻表現比較多某類群與資源代謝相關的基因，而骨藻則否。這代表在相同的環境中，兩種藻類可能採取不同的代謝途徑。
這樣的研究幫助我們更瞭解生物在競爭相同的資源時，會如何「同中求異」，找到不同處理資源的方式，減少競爭壓力，才能在一個環境中共存。因此，生態系中矽藻的多樣性增加，對整個生態系的功能也有很大的助益。
[1] Nelson, D. M., Tréguer, P., Brzezinski, M. A., Leynaert, A., & Quéguiner, B. (1995). Production and dissolution of biogenic silica in the ocean: revised global estimates, comparison with regional data and relationship to biogenic sedimentation. Global Biogeochemical Cycles, 9(3), 359-372.
[2] Alexander, H., Jenkins, B. D., Rynearson, T. A., & Dyhrman, S. T. (2015). Metatranscriptome analyses indicate resource partitioning between diatoms in the field. Proceedings of the National Academy of Sciences, 201421993.
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