海洋微生物在調(diào)節(jié)氣候方面可以發(fā)揮越來越重要的作用

南加州大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究小組發(fā)現(xiàn)，具有特殊新陳代謝的海洋微生物無處不在，可以在地球如何調(diào)節(jié)氣候方面發(fā)揮重要作用。

該研究發(fā)現(xiàn)，含有視紫紅質(zhì)的視紫紅質(zhì)的細菌比以前認為的更豐富。與藻類不同，它們不會將二氧化碳(CO2)排出空氣。而且它們在變暖的海洋中可能會變得更加豐富，這標(biāo)志著食物鏈基礎(chǔ)上的微生物群落的混亂，在那里發(fā)生了能量轉(zhuǎn)換的細節(jié)。

“海洋對于氣候變化非常重要，因為它們在碳循環(huán)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。了解其如何發(fā)揮作用以及所涉及的海洋生物，有助于我們改進氣候模型，以預(yù)測未來的氣候，”LauraGómez-Consarnau，助理說。 USC Dornsife文學(xué)，藝術(shù)和科學(xué)學(xué)院生物學(xué)教授(研究)。

這項研究今天出現(xiàn)在Science Advances上。Gómez-Consarnau是來自加利福尼亞，，英國和西班牙的國際科學(xué)家團隊的主要作者。

這些發(fā)現(xiàn)打破了教科書中對海洋生態(tài)學(xué)的傳統(tǒng)解釋，該教科書指出，海洋中幾乎所有的陽光都被藻類中的葉綠素捕獲。相反，配備視紫紅質(zhì)的細菌的功能就像混合動力汽車一樣，由有機物質(zhì)提供動力- 大多數(shù)細菌都是 - 并且當(dāng)營養(yǎng)成分稀缺時由陽光照射。

海水在地中海采樣。圖片來源：Josep M. Gasol

20年前發(fā)現(xiàn)了視紫紅質(zhì)，南加州大學(xué)和其他地方的科學(xué)家們一直在研究它們的流行和新陳代謝。這些微生物在其細胞膜中具有光敏蛋白質(zhì)系統(tǒng)，可捕獲陽光，類似于人眼中的視桿細胞和視錐細胞如何聚光。

在這項研究中，研究人員在2014年對東大西洋和地中海的長達3000英里的土地進行了控制。他們將水柱中的微生物采樣到200米，試圖找出視紫紅質(zhì)的廣泛存在以及它們在什么條件下青睞。

他們發(fā)現(xiàn)視紫紅質(zhì)光系統(tǒng)比先前實現(xiàn)的更豐富，并且集中在營養(yǎng)貧乏的水域。在這種寡營養(yǎng)區(qū)，它們在捕獲光線時勝過藻類。雖然藻類利用陽光和二氧化碳生產(chǎn)有機物質(zhì)和氧氣，但視紫紅質(zhì)色素利用光來制造三磷酸腺苷，三磷酸腺苷是驅(qū)動許多細胞過程的基本能量貨幣。

“在缺乏營養(yǎng)的海洋中，視紫紅質(zhì)似乎更豐富，而且在未來，隨著溫度的變化，海洋的養(yǎng)分會更加貧乏，”Gómez-Consarnau解釋說。“因此，在表面附近營養(yǎng)成分較少的情況下，藻類的光合作用會受到限制，視紫紅質(zhì)的過程將會更加豐富。未來我們可能會發(fā)生變化，這意味著海洋將無法吸收盡可能多的碳。今天。所以更多的二氧化碳氣體可能會留在大氣中，而地球可能會更快地變暖。“

到目前為止，計算機模擬未來全球變暖的情況還不能解釋這種微生物轉(zhuǎn)變。

研究船“Sarmiento de Gamboa”，研究小組為此研究收集了海水樣本。圖片來源：Josep M. Gasol

以前的研究表明，基于遺傳分析，視紫紅質(zhì)包含約80%的海洋細菌。但這是第一項實際測量它們在海洋中的濃度以及它們喜歡聚集的地方的研究。

該研究強調(diào)了科學(xué)家們?nèi)绾螌W(xué)習(xí)生物獲得能量生存的新途徑。例如，他們早就知道植物和藻類使用葉綠素將陽光和營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖類; 實際上，地球上大約一半的光合作用是由海洋表面的藻類進行的。他們發(fā)現(xiàn)了由深?；鹕絿娍卺尫诺牡V物質(zhì)和化合物的化學(xué)能支持的底棲生命。在這項研究中，他們了解到長期以來被認為主要是生態(tài)系統(tǒng)中的分解者的細菌實際上可以作為海洋表面能量的主要生產(chǎn)者。

“我們估計，鑒于海水中的濃度，視紫紅質(zhì)可以捕獲比海洋中的葉綠素更多的光能，”Gómez-Consarnau說。

“這些研究結(jié)果改變了這樣一個基本假設(shè)：海洋生物圈只有在藻類光合作用過程中被葉綠素捕獲的陽光所驅(qū)動。”

這也意味著，未來幾年，微生物群落可能會發(fā)生變化，從而減少海洋中的碳固定。為了全面評估這些發(fā)現(xiàn)如何影響海洋吸收溫室氣體的能力，Gómez-Consarnau表示海洋系統(tǒng)中的CO2通量需要重新評估，未來的氣候模型必須包括這種細菌代謝。