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挖洞的动物控制着地球最大碳汇中的微生物群落

2020-06-24 17:21:56 网络

世界海洋和陆架海底的沉积物覆盖了地球表面积的70%以上。这些沉积物是生物圈中最大的有机碳库,其有机碳含量是大气,土壤和海水总和的一千倍以上。这些有机碳的大部分最初是由生物组成,例如浮游植物和浮游动物,植物和动物,它们栖息在上层水和附近土地上,死后的残留物通过下沉到水柱中而沉积到沉积物中。

海洋碳循环,穴居动物和微生物活动

埋藏在海洋沉积物中的大量有机碳是地球气候和游离氧浓度升高的驱动力。然而,对于控制这种碳是在地质时间尺度上保留还是在更短的时间尺度上返回到水和大气中的因素,人们尚不十分了解。微生物通过将有机碳分解为温室气体二氧化碳和甲烷而发挥重要作用。如今,只有约7%的沉积有机碳能逃脱微生物的降解,并成为长期碳汇的一部分。微生物的碳循环部分受动物控制。这些动物通过挖洞和通过称为生物扰动的过程引入海水来改变地表沉积物。

尽管它们在碳循环中很重要,但有关海洋沉积微生物的生态学仍有许多未解决的问题。最基本的条件之一是:什么控制微生物的分布?这个问题的答案将为沉积碳循环提供重要的见识,因为不同的沉积物微生物的碳循环代谢及其使用或耐受氧气的能力各不相同。

是什么控制着沉积物微生物群落?

邓(Deng)等人在本周发表于美国国家科学院院刊的一项研究中表明,生物扰动动物(例如蠕虫,蛤和虾)的活动是其群落结构的最重要驱动力。大陆架沉积物中的微生物。这组作者比较了北海-波罗的海过渡带Skagerrak-Kattegat地区四个地点的5米长的沉积物核心,并表明,具有洞穴动物群的表层沉积物具有高度相似的微生物群落,即使它们的沉积特征差异很大。 。相比之下,穴居动物无法到达的更深沉积层的微生物群落与同一地点的表面沉积物中的微生物群落明显不同,而是与缺乏动物的地点的表面沉积物更为相似。

沉积物化学分析表明,沉积物动物通过两个基本过程控制微生物群落,即将富氧海水泵入原本无氧的沉积物中,以及通过进食活动将新鲜有机物从沉积物表面引入到更深的层中。值得注意的是,这两个过程对沉积物中存在的微生物(细菌和古细菌)的两个主要部分的影响不同。虽然细菌群落在很大程度上由富含能量的新鲜有机物的动物输入控制,但古细菌主要是由大型动物对氧气输入的影响所驱动。在细菌和古细菌内部,各个群体的分布也显示出与有机碳源和沉积物氧化态有关的明显的栖息地偏好。结果,邓等人。

这项工作的重要性和进一步的意义

邓等。产生了第一个整体框架,该框架解释了海洋表层沉积物中微生物物种的分布,并表明沉积微生物中的两个主要群体细菌和古细菌不仅在进化上是截然不同的,而且还占据着独特的生态位。尽管先前已对海洋沉积物中的生物扰动动物群和微生物群落进行了许多研究,但以前并未证明大型动物活动与微生物身份之间的直接联系。因此,这项研究是朝着了解什么控制海洋沉积物中微生物的群落结构以及利用这种认识来预测和绘制海底有机碳循环方面的重大进展。

此外,这项研究提供了一个很好的例子,说明了如何整合来自不同领域的知识,在这种情况下是地质,地球化学,宏观生态学和微生物学,可以产生重要的新科学见解。通过融合来自这些领域的知识和技术,来自瑞士,丹麦,美国和台湾的研究人员团队超越了传统的学科界限,对由许多环境变量相互作用控制的复杂自然生态系统有了新的认识。

发布:xiuyue

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