科學(xué)家能根據(jù)深海微生物預(yù)測海洋中的碳轉(zhuǎn)移

那些海洋表面的附著顆粒的微生物們，或者你可以說是“搭便車者”，有一項(xiàng)重要的工作——它們一路前行，直到到達(dá)底部，將碳轉(zhuǎn)移到海洋的最深處。這趟旅程可能需要幾周到幾個(gè)月的時(shí)間，盡管估計(jì)一趟的速度直到現(xiàn)在仍然是個(gè)挑戰(zhàn)。

一個(gè)由南加州大學(xué)主導(dǎo)的國際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，這種碳轉(zhuǎn)移的速度受到附著在顆粒上的細(xì)菌的大小和類型的影響。這一發(fā)現(xiàn)使得研究人員能夠開發(fā)一個(gè)計(jì)算機(jī)模型來估計(jì)全球海洋中的碳轉(zhuǎn)移。海洋中的碳轉(zhuǎn)移是地球自然碳循環(huán)的一部分，可以穩(wěn)定全球氣候。

海洋微尺度動(dòng)態(tài)模型。（圖片來源：Nature Communications(2022)，DOI：10.1038/s41467-022-29297-2）

南加州大學(xué)多尼斯夫文學(xué)、藝術(shù)和科學(xué)學(xué)院的生物科學(xué)、定量和計(jì)算生物學(xué)及地球科學(xué)助理教授Naomi Levine說，發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）雜志上的這一發(fā)現(xiàn)，為包括來自汽車污染的碳怎樣從大氣層進(jìn)入海洋，并最終進(jìn)入深海提供了更多啟示。

Levine表示，知道碳轉(zhuǎn)移率可以幫助科學(xué)家更好地了解地球海洋最深處碳的保留程度，或者了解通常會(huì)下沉的大量碳是否正在返回大氣。他說：“這是我們第一次能夠建立模型來預(yù)測海洋規(guī)模的碳循環(huán)動(dòng)態(tài)，并解釋這些在實(shí)驗(yàn)室里觀察到的微觀尺度的過程。我們證明了這些過程非常重要。由于微生物在轉(zhuǎn)移碳方面的作用很大，科學(xué)家對(duì)了解它們的群落和生存能力也很感興趣。如果沒有它們，碳會(huì)更深地落入海洋。這影響了二氧化碳在大氣中的停留程度。”

根據(jù)估計(jì)，海洋儲(chǔ)存了38,000千兆噸的碳，是陸地生物圈的16倍。二氧化碳是最終進(jìn)入海洋的碳形式之一。雖然它使得海洋表面溫度上升，但它對(duì)某些生命來說也必不可少，比如海洋中的植物——浮游植物。然而，二氧化碳的增加會(huì)增加水的酸性，這可能威脅到一些海洋生物和作為海洋生物主要食物的珊瑚、海帶的生存。

研究組發(fā)現(xiàn)，碳在海洋中下沉的速度以及發(fā)生轉(zhuǎn)移的深度，也取決于細(xì)菌在其生命旅程中向下走多遠(yuǎn)。對(duì)于一些細(xì)菌來說，這是一次相對(duì)較短的旅行，與那些半附著的顆粒不同，它們從未進(jìn)入離海面1000多米的深海。另一方面，當(dāng)饑餓的搭便車者啃食顆粒時(shí)，健康的細(xì)菌群提高了碳留存在海洋表面，進(jìn)而返回大氣中的可能性。

“細(xì)菌的較高死亡率影響了它們分解這些顆粒的速度。”該研究的共同作者、南加州大學(xué)多尼斯夫?qū)W院博士后、研究助理Trang Nguyen說，“通過分解這些顆粒，它們也將氮和磷釋放回生態(tài)系統(tǒng)，這是這些元素循環(huán)的一個(gè)關(guān)鍵部分。”而了解哪些細(xì)菌生活在海洋的哪些位置，也可以幫助科學(xué)家們調(diào)整模型，以更好地預(yù)測當(dāng)?shù)氐奶嫁D(zhuǎn)移率或釋放率，這取決于細(xì)菌是否蓬勃生長。

Levine與麻省理工學(xué)院、加州大學(xué)圣地亞哥分校和瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員合作進(jìn)行了這項(xiàng)研究。

翻譯：張智煜

審校：張楚

引進(jìn)來源：南加州大學(xué)（University of Southern California）

本文來自：中國數(shù)字科技館

標(biāo)簽： 南加州大學(xué) 二氧化碳 海洋生物 研究人員 動(dòng)態(tài)模型