本报讯 (记者 李珂) 长期以来,深海溶解有机碳(DOC)被认为是一个循环缓慢、存留时间长达数千年的惰性碳库,极难被微生物利用。不过,厦门大学海洋与地球学院、海洋生物地球化学全国重点实验室沈渊教授团队的最新研究,却打破了这一传统认知。
日前,沈渊教授与合作者在国际知名学术期刊《科学进展》(Science Advances)发表成果,题为“Special delivery of proteinaceous matter to deep-sea microbes”。他们发现,深海中存在可被微生物快速利用的新鲜蛋白类有机质,证明了深海溶解有机碳库并非完全生物惰性。而且,背后的“快递员”居然是浮游动物。
研究是怎么开展的呢?团队选在大西洋百慕大时间序列站(BATS)做生物培养实验,搞碳同位素(14C)分析,还精细表征了化学组分。从DOC里分离出高分子量(HMW;>2.5kDa)DOC和HMW氨基酸组分后,他们发现,总DOC和HMW DOC的14C年龄随着深度增加而显著老化,深海DOC的14C年龄约为4000岁。但神奇的是,HMW氨基酸组分从中层到深层,14C年龄并无显著变化,这就透露了深海DOC库中存在更年轻、富含蛋白类化合物的有机质。
微生物降解实验持续7至390天,结果显示,总DOC和HMW DOC的微生物可利用性随深度增加一路下滑。但HMW氨基酸组分在深海里,微生物利用起来可比中层海洋容易多了,大部分降解一周内就搞定,妥妥的“易降解”好物,显然能给深海微生物“充电”。
那这些新鲜有机质打哪来?研究团队分析深海高分子量蛋白质类物质的“配方”,发现这些物质和表层浮游动植物的成分高度相似,可能是上层沉降的“礼物”。可单靠颗粒物沉降,没法解释HMW氨基酸组分的14C年龄与降解程度的“怪脾气”(随水深先降后升),毕竟沉降中颗粒物会溶解、降解,一路“下坡”。真相是,有个主动机制在中层向深海“快递”新鲜有机质。而最有可能驱动该机制的是:从表层向中层海洋垂向迁徙的浮游动物。
研究发现,当时正值春季藻华后的浮游动物高峰期,大型浮游动物(>1000 μm)是“主角”。它们通常在夜间上浮至表层海洋觅食,白天返回中深层,边吃边通过粪便、直接释放溶解有机质、重新打包颗粒有机质等,把富含蛋白的活性有机质送进深海,给生态系统“供能”。
该论文的第一作者兼共同通讯作者是沈渊教授,共同作者还包括美国高校多位学者。研究获国家自然科学基金青年科学基金项目等资助。