2019-08-08 08:09:01
海洋微生物在调节气候方面可以发挥越来越重要的作用

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南加州大学领导的一个研究小组发现,具有特殊新陈代谢的海洋微生物无处不在,可以在地球如何调节气候方面发挥重要作用。

该研究发现,含有视紫红质的视紫红质的细菌比以前认为的更丰富。与藻类不同,它们不会将二氧化碳(CO2)排出空气。而且它们在变暖的海洋中可能会变得更加丰富,这标志着食物链基础上的微生物群落的混乱,在那里发生了能量转换的细节。

“海洋对于气候变化非常重要,因为它们在碳循环中发挥着关键作用。了解其如何发挥作用以及所涉及的海洋生物,有助于我们改进气候模型,以预测未来的气候,”LauraGómez-Consarnau,助理说。 USC Dornsife文学,艺术和科学学院生物学教授(研究)。

这项研究今天出现在Science Advances上。 Gómez-Consarnau是来自加利福尼亚,中国,英国和西班牙的国际科学家团队的主要作者。

这些发现打破了教科书中对海洋生态学的传统解释,该教科书指出,海洋中几乎所有的阳光都被藻类中的叶绿素捕获。相反,配备视紫红质的细菌的功能就像混合动力汽车一样,由有机物质提供动力 - 大多数细菌都是 - 并且当营养成分稀缺时由阳光照射。

20年前发现了视紫红质,南加州大学和其他地方的科学家们一直在研究它们的流行和新陈代谢。这些微生物在其细胞膜中具有光敏蛋白质系统,可捕获阳光,类似于人眼中的视杆细胞和视锥细胞如何聚光。

在这项研究中,研究人员在2014年对东大西洋和地中海的长达3000英里的土地进行了控制。他们将水柱中的微生物采样到200米,试图找出视紫红质的广泛存在以及它们在什么条件下青睐。

他们发现视紫红质光系统比先前实现的更丰富,并且集中在营养贫乏的水域。在这种寡营养区,它们在捕获光线时胜过藻类。虽然藻类利用阳光和二氧化碳生产有机物质和氧气,但视紫红质色素利用光来制造三磷酸腺苷,三磷酸腺苷是驱动许多细胞过程的基本能量货币。

“在缺乏营养的海洋中,视紫红质似乎更丰富,而且在未来,随着温度的变化,海洋的养分会更加贫乏,”Gómez-Consarnau解释说。 “因此,在表面附近营养成分较少的情况下,藻类的光合作用会受到限制,视紫红质的过程将会更加丰富。未来我们可能会发生变化,这意味着海洋将无法吸收尽可能多的碳。今天。所以更多的二氧化碳气体可能会留在大气中,而地球可能会更快地变暖。“

到目前为止,计算机模拟未来全球变暖的情况还不能解释这种微生物转变。

以前的研究表明,基于遗传分析,视紫红质包含约80%的海洋细菌。但这是第一项实际测量它们在海洋中的浓度以及它们喜欢聚集的地方的研究。

该研究强调了科学家们如何学习生物获得能量生存的新途径。例如,他们早就知道植物和藻类使用叶绿素将阳光和营养物质转化为糖类;实际上,地球上大约一半的光合作用是由海洋表面的藻类进行的。他们发现了由深海火山喷口释放的矿物质和化合物的化学能支持的底栖生命。在这项研究中,他们了解到长期以来被认为主要是生态系统中的分解者的细菌实际上可以作为海洋表面能量的主要生产者。

“我们估计,鉴于海水中的浓度,视紫红质可以捕获比海洋中的叶绿素更多的光能,”Gómez-Consarnau说。

“这些研究结果改变了这样一个基本假设:海洋生物圈只有在藻类光合作用过程中被叶绿素捕获的阳光所驱动。”

这也意味着,未来几年,微生物群落可能会发生变化,从而减少海洋中的碳固定。为了全面评估这些发现如何影响海洋吸收温室气体的能力,Gómez-Consarnau表示海洋系统中的CO2通量需要重新评估,未来的气候模型必须包括这种细菌代谢。

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