微生物的饮食偏好如何塑造海洋碳封存效率 | 海洋与湿地·观察
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海洋深处多样的微生物在生态系统中扮演着至关重要的角色，它们在分解有机物质的过程中释放出营养物质，如氮和磷，支持其他海洋生物的生长；微生物通过生物碳泵过程，将表层海洋的有机物质如浮游植物的残骸降解并转化为深海的碳储存；海洋微生物的独特代谢过程和生物化学特性还为生物技术提供了丰富的资源，应用于药物开发、酶生产和生物修复等领域。
近日，一项题为“微生物饮食偏好和相互作用影响脂质向深海输出”的研究发现，每一种海洋微生物都有自己独特的食物偏好，在庞大、复杂且看似看不见的碳封存过程中发挥着至关重要的作用，揭示出微生物的饮食偏好如何影响海洋深处碳储存的效率。该研究发表于《科学》。
图源：绿会融媒
“不同微生物在消化偏好上有着惊人的差异，它们似乎对不同的脂质分子有着非常明确的饮食偏好。” 伍兹霍尔海洋研究所科学家Benjamin Van Mooy解释说，“这对于理解碳封存和生物碳泵具有实际意义”
生物碳泵指的是从海洋表面向深海输送碳的下沉生物量的过程。脂质是富含碳的脂肪酸生物分子，约占海洋表面颗粒有机物的5%至30%，是海洋生态系统的重要组成部分。这些脂质不仅起到能量储存的作用，还在促进栖息在海洋中的微生物的基本细胞功能方面发挥关键作用。
随着有机物沉入深海，深海中多样且复杂的微生物群落会分解和利用这些脂质，从而显著影响全球二氧化碳浓度，并有助于调节地球的气候系统。理解这一过程对于提高我们在不断变化的海洋状况下预测全球碳通量的能力至关重要。
研究表明，从海洋颗粒中分离出的微生物表现出不同的饮食偏好，从选择性降解者到混杂性降解者不等。这些饮食选择会调节脂质的降解，进而影响了脂质如何有效地通过海洋的中层带（大约在海面以下200-1000米）运输。
研究人员通过结合两项历史上从未一起使用过的技术：高端化学分析和微尺度成像，了解海洋的运作方式。
海洋中的脂质含量和组成会因不同的环境和季节而表现出显著差异。这些差异对海洋生态系统的功能和生物碳泵的效率都有重要影响。
在光照充足的表层水域，浮游植物和其他光合微生物通过光合作用产生脂质。因此，脂质的产生与季节性光照变化密切相关，通常在光照最充足的时期达到高峰。
海洋中的营养盐（如氮、磷）对浮游植物的生长至关重要。不同海域的营养盐浓度不同，这会影响脂质的生产。例如，沿海地区由于河流输入通常营养盐丰富，而开阔大洋区域可能营养盐较为贫乏。
水温影响海洋生物的代谢速率和生长速度，进而影响脂质的生产和分解。在温暖的季节，生物活动更为旺盛，可能导致脂质含量的变化。
海洋生物（如鱼类、甲壳类、浮游动物）的捕食和代谢活动会影响脂质的分布。不同生物对脂质的偏好不同，它们的活动会影响脂质的消耗和转化。
季节变化也会影响海洋生态系统的结构和功能，包括脂质的生产和分解。例如，春季浮游植物的繁殖可能导致脂质含量的增加。
研究人员现在可以开始考虑某些区域是否有效地封存脂质，而其他区域可能看到脂质封存的效率不高。
而微生物不仅仅是吃任何类型的脂质，而是非常有专业性，有特定的食物偏好，这改变了我们对微生物在自然环境中如何进食食物的看法，”乌普萨拉大学副教授 Lars Behrendt 补充道。
该研究还考察了多物种微生物群落如何影响降解速率，揭示了共培养物种与孤立物种相比展现出不同的动态。这种复杂性强调了解自然环境中微生物相互作用的重要性。
“浮游植物是海洋成为最大碳汇之一的主要原因，它们吸收的碳量与陆地上所有植物的总碳量相当，”研究人员表示。这些微生物及其与深海微生物的相互作用在调节全球碳水平方面发挥着至关重要的作用。
在海洋环境中，许多碳输出是由微生物活动驱动的，这项研究有助于我们更好地理解微生物如何影响海洋中的碳循环，特别是在脂质降解和碳输出方面。研究不仅增进了我们对海洋微生物降解脂质过程的理解，而且为开发新的海洋生物技术应用提供了可能，例如通过操纵微生物群落来增强海洋的碳汇能力。这对于预测气候变化对海洋碳储存能力的影响以及制定相应的环境政策具有重要意义。
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海
湿
编译 | 王芊佳
编辑 | Linda
排版 | 绿叶
【参考资料】
https://www.science.org/doi/10.1126/science.aab2661
https://www.researchgate.net/publication/384013104_Microbial_dietary_preference_and_interactions_affect_the_export_of_lipids_to_the_deep_ocean
Citation:
Behrendt, L., Alcolombri, U., Hunter, J. E., Smriga, S., Mincer, T., Lowenstein, D. P., ... & Van Mooy, B. A. (2024). Microbial dietary preference and interactions affect the export of lipids to the deep ocean.Science, 385(6714), eaab2661.
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