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微小的雪花状有机物在海洋生态中起着重要的作用


时间:2021-06-01  来源:  作者:  点击次数:


原标题:微小雪花状有机物在海洋生态中起着重要作用来源:cnBeta。计算机输出缩微胶片

不来梅科学家的新发现将有助于进一步发展包括海洋氮循环在内的生物地球化学模型。在高产海洋区的深海中,有一种被称为“海洋雪”的连续分布的有机物。海雪不仅看起来像真正的雪,而且表现相似。大的雪花很少,降落很快,而大量的雪花需要时间。

来自不来梅和基尔的科学家现在发现,正是这些特征解释了为什么小颗粒在海洋营养平衡中起着重要作用。这些发现已于《自然通讯》年发表,将有助于包括海洋氮循环在内的生物地球化学模型的进一步发展。

马克斯普朗克海洋微生物研究所、马克斯普朗克气象研究所和GEOMAR Helmholtz Kiel海洋研究中心的一组科学家一直在研究秘鲁附近南太平洋东部缺氧区的生物地球化学过程,这是世界海洋中最大的缺氧区之一。研究人员着眼于由海藻碎片和其他有机物质组成的所谓不同大小的海洋雪颗粒,以了解这些颗粒如何影响最低氧区的氮循环。

因此,他们解决了一个长期存在的问题:浓缩在颗粒中的营养物质如何到达自由悬浮在水中的厌氧菌。

氧气最小区域是海洋中很少或没有氧气溶解在水中的区域。因为大多数动物需要氧气来呼吸,所以它们不能在这些水中生存。毫不奇怪,最低氧区也被称为海洋死区。最低氧区是一种自然现象,但由于人类活动的影响,已经发现它在海洋的许多地区扩大。全球变暖导致氧气浓度降低,因为温水储存的氧气较少。热的地表水与下面深的冷水混合较少,导致水流停滞。

地图上有最低氧区的概述。最大的位于中美洲和南美洲的海岸,但缺氧地区也可以在波罗的海找到。红色方框标志着秘鲁附近的最低氧气区,在该研究中采集了样本。

氮循环的变化对海洋氧浓度也有不良影响。氮是动植物生长的重要养分。通常在海洋中很少见,但在许多沿海地区,可加工的氮化合物越来越多。人类在农业中使用大量含氮化合物的肥料,如铵和硝酸盐。这些营养物质通过河流和大气进入海洋,导致氮浓度越来越高。

这造成了严重的后果,额外的养分促进了浮游植物的生长。浮游生物死亡时,会被细菌分解。在这个过程中,细菌消耗氧气,导致氧气浓度降低。一旦氧气被完全消耗,厌氧微生物过程将接管。在此期间,微生物基本上“呼吸”氮化合物来代替氧气,结果硝酸盐、亚硝酸盐和铵被转化为氮并释放到大气中。

缺氧微生物的呼吸过程和最小氧气区域的反硝化作用共同导致海洋中高达40%的氮损失。然而,对最低氧区微生物氮损失的调节知之甚少。本研究的重点是厌氧氨氧化过程,即亚硝酸盐厌氧氨氧化。

在他们的项目中,研究人员跟踪观察到,当有大量海洋雪颗粒形式的有机物时,厌氧氧化过程特别多。他们的假设是含有大量固定氮的有机物可以作为厌氧反应的铵源。奇怪的是,厌氧菌似乎不是生活在海雪本身,而是生活在水中。那么,这些细菌是如何找到自己的营养物质的呢?

nt-L">Clarissa Karthäuser在实验室里。在屏幕上,你看到一个彩色的、高度放大的颗粒。

为了解开这个谜题,科学家们使用水下摄像机测量秘鲁外海最小含氧量区不同站点深度剖面上的颗粒丰度。"我们观察到ammox过程主要发生在小颗粒丰富的地方,"Clarissa Karthäuser说,她和Soeren Ahmerkamp是该论文的第一作者。"这表明,较小的颗粒比较大的颗粒对缺氧过程更重要--这里的小是指它们的大小与人的头发宽度差不多,因此几乎不可见。

这些小颗粒在水体中非常丰富,下沉速度也很慢,因此它们在氧气最小区域停留的时间更长。另外,有机材料在小颗粒中的包装更加密集,因此小片状的颗粒所运输的物质数量与大块状的颗粒相似,这意味着总体上它们运输的氮明显更多。

"我们估计,颗粒周围的铵浓度明显增加,"Soeren Ahmerkamp说。"这表明了两件事。首先,较小的颗粒在水体中的数量较多,停留时间较长,增加了细菌偶然遇到小颗粒的可能性。其次,颗粒边界层中的高铵浓度随后可以为细菌提供营养"。

新的发现对于地球系统模型的改进至关重要。不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所生物地球化学部主任Marcel Kuypers说:"通过这项研究,我们已经解决了ammox过程的一个重要方面,从而为更好地理解海洋的营养平衡做出了重要贡献。通过这种改进的过程理解,我们提供了粒子相关过程和氧最小区的氮循环之间的联系,这可以在生物地球化学地球系统模型中进行调整,以更好地评估人为的脱氧对氮循环的影响"。


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