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

南加州大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組發(fā)現(xiàn)，具有特殊新陳代謝的海洋微生物無(wú)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(xì)菌比以前認(rèn)為的更豐富。與藻類不同，它們不會(huì)將二氧化碳(CO2)排出空氣。而且它們?cè)谧兣暮Ｑ笾锌赡軙?huì)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(xì)節(jié)。

“海洋對(duì)于氣候變化非常重要，因?yàn)樗鼈冊(cè)谔佳h(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(jìn)氣候模型，以預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候，”LauraGómez-Consarnau，助理說(shuō)。 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(xiàng)研究今天出現(xiàn)在Science Advances上。Gómez-Consarnau是來(lái)自加利福尼亞，，英國(guó)和西班牙的國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的主要作者。

這些發(fā)現(xiàn)打破了教科書中對(duì)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(yáng)光都被藻類中的葉綠素捕獲。相反，配備視紫紅質(zhì)的細(xì)菌的功能就像混合動(dòng)力汽車一樣，由有機(jī)物質(zhì)提供動(dòng)力- 大多數(shù)細(xì)菌都是 - 并且當(dāng)營(yíng)養(yǎng)成分稀缺時(shí)由陽(yáng)光照射。

海水在地中海采樣。圖片來(lái)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(xì)胞膜中具有光敏蛋白質(zhì)系統(tǒng)，可捕獲陽(yáng)光，類似于人眼中的視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞如何聚光。

在這項(xiàng)研究中，研究人員在2014年對(duì)東大西洋和地中海的長(zhǎng)達(dá)3000英里的土地進(jìn)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?cè)谑裁礂l件下青睞。

他們發(fā)現(xiàn)視紫紅質(zhì)光系統(tǒng)比先前實(shí)現(xiàn)的更豐富，并且集中在營(yíng)養(yǎng)貧乏的水域。在這種寡營(yíng)養(yǎng)區(qū)，它們?cè)诓东@光線時(shí)勝過(guò)藻類。雖然藻類利用陽(yáng)光和二氧化碳生產(chǎn)有機(jī)物質(zhì)和氧氣，但視紫紅質(zhì)色素利用光來(lái)制造三磷酸腺苷，三磷酸腺苷是驅(qū)動(dòng)許多細(xì)胞過(guò)程的基本能量貨幣。

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

到目前為止，計(jì)算機(jī)模擬未來(lái)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(lái)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(xì)菌。但這是第一項(xiàng)實(shí)際測(cè)量它們?cè)诤Ｑ笾械臐舛纫约八鼈兿矚g聚集的地方的研究。

該研究強(qiáng)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?cè)缇椭乐参锖驮孱愂褂萌~綠素將陽(yáng)光和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為糖類; 實(shí)際上，地球上大約一半的光合作用是由海洋表面的藻類進(jìn)行的。他們發(fā)現(xiàn)了由深海火山噴口釋放的礦物質(zhì)和化合物的化學(xué)能支持的底棲生命。在這項(xiàng)研究中，他們了解到長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為主要是生態(tài)系統(tǒng)中的分解者的細(xì)菌實(shí)際上可以作為海洋表面能量的主要生產(chǎn)者。

“我們估計(jì)，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(shuō)。

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

這也意味著，未來(lái)幾年，微生物群落可能會(huì)發(fā)生變化，從而減少海洋中的碳固定。為了全面評(píng)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(píng)估，未來(lái)的氣候模型必須包括這種細(xì)菌代謝。