海洋洋流对微生物分布和碳运输的影响

留学申请微信咨询

微信扫描左侧二维码

或点击下方按钮咨询

布朗大学（2024USNews美国大学排名：9）的一项新研究揭示了海洋中的微小生物如何通过海洋洋流从阳光充足的表层被带到更深、更黑暗的深度，并在这些深层区域对海洋的化学和生态系统产生巨大影响。这项研究发表在《美国国家科学院院刊》上，基于2017年至2019年间三次研究航行的实地工作，重点研究了地中海的亚热带地区。研究发现，一些太轻而无法沉到100米以下的微小单细胞生物，如浮游植物和细菌，会被洋流带到更深的海洋中，在那里没有足够的阳光供这些光合生物生长、生活和进食。这些生物通过洋流被带到更深的地方，改变了深层海洋中的食物种类，同时也从水面运输了大量的碳。这有助于喂养海洋食物链中的其他生物，并增加深层生态系统的复杂性，影响海洋中的生命和化学过程。

海洋洋流对微生物分布的影响

海洋洋流在微生物的分布中扮演着至关重要的角色。洋流不仅仅是水体的移动，它们还携带着大量的营养物质和生物体。布朗大学的研究表明，洋流可以将微小的单细胞生物从阳光充足的表层带到更深的海洋中，这一过程改变了深层海洋的生态系统。类似的研究也表明，洋流对微生物的分布有显著影响。例如，一项关于复杂多相体外3D模型的研究显示，微生物在不同环境中的生长和分布会受到多种因素的影响，包括营养物质的浓度和分布。

在这些复杂的环境中，微生物的行为和生长模式可能会发生显著变化。研究发现，靠近脂肪相的菌落明显大于远离脂肪相的菌落，这表明环境因素对微生物的分布有深远影响。类似地，海洋洋流通过携带营养物质和微生物，可以改变深层海洋的生态系统，增加其复杂性。

微生物在深海生态系统中的角色

微生物在深海生态系统中扮演着重要角色。深海环境极端，具有高压、低温和低光照等特点，这些条件对微生物的生存和代谢提出了挑战。然而，微生物在这些环境中展示了显著的适应性，并在多种生物地球化学过程中发挥重要作用。孟加拉湾的一项研究通过对16S rRNA基因的培养测序、外酶研究和群落水平生理特征分析，调查了不同深度的物理化学条件、重金属及其对深海细菌群落结构的影响。结果显示，Bacillota是最主要的门类，占培养细菌分离株的61%，其余为Actinomycetota和Pseudomonodata。

这些微生物不仅在深海环境中生存，还在碳循环和其他生物地球化学过程中发挥关键作用。研究发现，超过50%的细菌分离株表现出外酶活性，表明这些微生物在有机物的分解和碳的循环中起着重要作用。碳基质利用谱显示出高代谢多样性，表明微生物群落是深海生物地球化学循环的活跃参与者。

海洋中的碳运输机制

碳运输是海洋生态系统中的一个关键过程。布朗大学的研究挑战了传统的碳运输理解，发现微小的单细胞生物通过洋流被带到深层，形成了入侵现象，这种现象在以前的碳运输估计中未被考虑。传统上，碳运输主要通过生物碳泵（BCP）进行，BCP是海洋表面向深层输送碳的主要通道，对地球碳循环和气候有着巨大的影响。

生物碳泵通过生物介导的碳去除在水柱中创造了碳浓度的垂直梯度，从而增强了海洋吸收大气CO2的能力。研究表明，如果没有BCP，目前的大气CO2浓度将高出50%。BCP的变化直接影响气候反馈，可能加剧或缓解全球变暖。为了更好地理解BCP，2022年海洋碳和生物地球化学（OCB）夏季研讨会的参与者确定了未来BCP研究议程的关键要素。