海洋生物碳泵研究取得进展
文章导读
当你以为海洋多吸收一些二氧化碳就能缓解气候变化时，一个被忽略的“隐形漏洞”正在削弱这个过程。全球变暖让许多海域的藻类从硅藻转向甲藻，这看似微小的变化，却引发了一连串连锁反应。研究发现，以甲藻为食的浮游动物，产生的“碳包裹”——粪便颗粒，不仅数量减半，下沉速度也骤降至三分之一。更关键的是，一群伺机而动的“分解者”会蜂拥而上，让这些本该沉入深海封存的碳，更快地在海洋上层被分解、释放。升温还会进一步加速这场“分解狂欢”。这意味着，我们寄予厚望的海洋碳汇，其效率可能正因食物链底层的微小变动而悄然打折。这背后究竟是哪些微生物在“搞破坏”，而它们又留下了什么可供追踪的基因证据？
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海洋生物碳泵（BCP）是海洋吸收并将有机碳输送至深海、实现长期封存的关键过程。其中，桡足类等浮游动物产生的粪便颗粒（FP）是颗粒有机碳（POC）输出的重要载体之一。但在自然海洋中，FP的“形成—下沉—分解”高度可变，导致颗粒碳通量常呈现明显波动与非线性响应，机制识别与定量评估存在不确定性。
近日，中国科学院南海海洋研究所研究团队在BCP研究中取得进展。团队结合控制实验与多组学分析，定量阐明了当浮游植物群落由硅藻向甲藻转变时，浮游动物摄食行为与微生物分解过程耦合机制，及其对POC深海输出的影响。
研究团队将“摄食阶段”和“分解阶段”拆分开展对比，并将关键过程参数纳入统一框架评估。结果显示，当食物以甲藻为主时，桡足类产生的FP数量较硅藻处理组减少一半，下沉速度降低至硅藻处理组的三分之一，且微生物对甲藻来源FP的分解明显加快。这些因素协同作用会导致FP向深海的输送效率下降，最终削弱BCP效率。
在机制层面，FP的快速分解主要由机会型的颗粒附着微生物驱动。宏基因组分析显示，碳水化合物活性酶和溶酶体同工酶丰度，与FP分解速率高度相关，可作为评估FP分解强弱的重要生物指示信号。基因组证据表明，以浮霉菌为代表的附着型机会主义菌群具备更强的运动能力、解毒系统与大分子降解酶体系，可在颗粒微环境中快速定殖并高效分解FP。
研究进一步发现，升温会通过增强关键分解酶基因丰度加快FP分解，且对甲藻来源FP的加速效应更为突出。全球变暖背景下，许多海域持续出现硅藻比例下降、甲藻比例上升的结构性转变，这意味着这些区域的POC会更快被再矿化并滞留在上层海洋。研究强调，在评估碳汇功能变化时，需将浮游植物组成、浮游动物摄食与微生物动力学过程作为一个耦合系统综合考虑，才能更准确刻画BCP的响应与不确定性来源。
相关成果发表在《环境科学与技术》《Environmental Science&Technology》上。研究工作得到国家自然科学基金委员会等的支持。
桡足类摄食与微生物分解协同影响生物碳泵效率的示意图
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