普罗维登斯，罗德岛 [布朗大学] – 根据一项新的研究，海洋中一些最小的生物被卷入水下洋流中，这些水流充当了将它们从阳光明媚的表面运送到更深、更黑暗的深处的管道，在那里它们在影响海洋的化学和生态系统方面发挥着巨大作用。
该研究发表在《美国国家科学院院刊》上，基于2017年至2019年三次研究巡航期间的实地考察，重点关注地中海的亚热带地区。它揭示了一些微小的单细胞生物，这些生物太轻而无法下沉超过100米左右 – 如浮游植物和细菌 – 最终进入海洋深处，那里没有足够的阳光供这些光合生物生长，生活和进食。
“我们发现，由于这些生物非常小，它们可以被洋流卷走，然后使它们比它们生长的地方更深，”布朗大学应用数学系和地球，环境和行星科学系的助理教授Mara Freilich说，他作为麻省理工学院和伍兹霍尔海洋研究所的联合项目启动了这项工作。“对于这些生物来说，这通常是单程旅行，但通过这次旅行，它们在连接海洋的不同部分方面发挥着关键作用。
Freilich在攻读博士学位期间与伍兹霍尔的高级科学家Amala Mahadevan一起进行了这项研究，并与海洋生物实验室的高级科学家Alexandra Z. Worden及其团队密切合作。
研究小组发现的洋流被称为入侵，通过扫荡微小的生物，它们有助于改变海洋深层的食物类型，同时也从水面运输大量碳。这有助于养活海洋食物链中的其他生物，并增加更深处生态系统的复杂性，影响水下生命和化学的运作方式。
总而言之，这项研究挑战了传统的理解，即碳是如何通过阳光照射层中的光合作用转化为有机物的，被输送到深处。
“大部分光合作用——光被转化为有机碳，有机碳是生物体的食物来源——发生在海洋的上部50米处，所以问题一直是：通过光合作用固定的碳是如何进入深海的？”Freilich说。“富碳颗粒的下沉一直被认为是这个问题的唯一答案。但是我们发现，微小的单细胞生物会被卷入洋流中形成入侵……这种入侵是亚热带海洋的重要特征——虽然它们横向延伸数十公里，但它们也在垂直方向下降数百米，带来细胞和碳。这种机制在以前的碳迁移估计中没有考虑到。
普罗维登斯，罗德岛 [布朗大学] – 根据一项新的研究，海洋中一些最小的生物被卷入水下洋流中，这些水流充当了将它们从阳光明媚的表面运送到更深、更黑暗的深处的管道，在那里它们在影响海洋的化学和生态系统方面发挥着巨大作用。
该研究发表在《美国国家科学院院刊》上，基于2017年至2019年三次研究巡航期间的实地考察，重点关注地中海的亚热带地区。它揭示了一些微小的单细胞生物，这些生物太轻而无法下沉超过100米左右 – 如浮游植物和细菌 – 最终进入海洋深处，那里没有足够的阳光供这些光合生物生长，生活和进食。
“我们发现，由于这些生物非常小，它们可以被洋流卷走，然后使它们比它们生长的地方更深，”布朗大学应用数学系和地球，环境和行星科学系的助理教授Mara Freilich说，他作为麻省理工学院和伍兹霍尔海洋研究所的联合项目启动了这项工作。“对于这些生物来说，这通常是单程旅行，但通过这次旅行，它们在连接海洋的不同部分方面发挥着关键作用。
Freilich在攻读博士学位期间与伍兹霍尔的高级科学家Amala Mahadevan一起进行了这项研究，并与海洋生物实验室的高级科学家Alexandra Z. Worden及其团队密切合作。
研究小组发现的洋流被称为入侵，通过扫荡微小的生物，它们有助于改变海洋深层的食物类型，同时也从水面运输大量碳。这有助于养活海洋食物链中的其他生物，并增加更深处生态系统的复杂性，影响水下生命和化学的运作方式。
总而言之，这项研究挑战了传统的理解，即碳是如何通过阳光照射层中的光合作用转化为有机物的，被输送到深处。
“大部分光合作用——光被转化为有机碳，有机碳是生物体的食物来源——发生在海洋的上部50米处，所以问题一直是：通过光合作用固定的碳是如何进入深海的？”Freilich说。“富碳颗粒的下沉一直被认为是这个问题的唯一答案。但是我们发现，微小的单细胞生物会被卷入洋流中形成入侵……这种入侵是亚热带海洋的重要特征——虽然它们横向延伸数十公里，但它们也在垂直方向下降数百米，带来细胞和碳。这种机制在以前的碳迁移估计中没有考虑到。
研究人员发现，这些入侵全年都在发生，起源于生物量丰富的地区，包括植物状生物浓度最高的地区。以前，人们认为洋流只会季节性地将碳带到深处。研究人员认为，这些入侵在世界亚热带海洋中很普遍。它们为碳和牛从阳光照射的海洋到深处的持续运输提供了管道。
“我们观察到的微生物群落看起来就像200米的表面微生物群落，”Freilich说。“在其他地区，我们认为这可能会更深。令我们惊讶的是，我们发现入侵中的大多数微生物都是以光合作用细胞固定的碳为食的细菌。这表明，大部分生物质是从阳光照射层中运输出来的，由非光合微生物组成。
作为美国、西班牙和意大利之间的合作，科学家们三次前往亚热带地中海进行研究。他们使用特殊工具来测量水温、盐度和不同深度微小生物的丰度等特性。这些分析是与海洋生物实验室的微生物生态学家亚历山德拉·沃登（Alexandra Worden）合作进行的，有助于显示入侵样本和背景水域之间的差异。看到更深的入侵样本中的微生物群落与地表微生物群落相似，表明它们正在被运送到深处。研究人员还使用计算机模型来模拟洋流，以揭示微小植物和细菌群落如何在水中移动。
“随着来自地中海的有力数据将这种三维管道过程确立为将表层微生物带到温暖水域的黑暗海洋的机制，我们已经能够在主要的开阔海域看到类似出口的痕迹，”沃登说。
除了强调入侵在塑造海洋生物多样性方面的生态重要性外，该研究还涉及入侵如何受到气候变化的影响。人们认为，随着地球海洋变暖，微小细胞中碳的比例会增加，入侵中的运输可能不会像其他将碳带到深处的机制那样受到影响。入侵改变了我们对碳如何在海洋中移动的理解，并可能有助于调节深海中的碳储存和微生物动力学。
“现在我们发现了这一点，还有很多东西可以探索，”Freilich说。“接下来是利用我们在这里学到的知识，确定我们是否可以利用它来预测微生物群落组成的变化将如何影响气候变化中碳的运输和全球碳循环。
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://www.brown.edu/news/2024-05-02/intrusions