海洋生物碳泵（BCP）是海洋吸收并將有機碳輸送至深海、實現(xiàn)長期封存的關鍵過程。其中，橈足類等浮游動物產(chǎn)生的糞便顆粒（FP）是顆粒有機碳（POC）輸出的重要載體之一。但在自然海洋中，F(xiàn)P的“形成—下沉—分解”高度可變，導致顆粒碳通量常呈現(xiàn)明顯波動與非線性響應，機制識別與定量評估存在不確定性。
近日，中國科學院南海海洋研究所研究團隊在BCP研究中取得進展。團隊結合控制實驗與多組學分析，定量闡明了當浮游植物群落由硅藻向甲藻轉變時，浮游動物攝食行為與微生物分解過程耦合機制，及其對POC深海輸出的影響。
研究團隊將“攝食階段”和“分解階段”拆分開展對比，并將關鍵過程參數(shù)納入統(tǒng)一框架評估。結果顯示，當食物以甲藻為主時，橈足類產(chǎn)生的FP數(shù)量較硅藻處理組減少一半，下沉速度降低至硅藻處理組的三分之一，且微生物對甲藻來源FP的分解明顯加快。這些因素協(xié)同作用會導致FP向深海的輸送效率下降，最終削弱BCP效率。
在機制層面，F(xiàn)P的快速分解主要由機會型的顆粒附著微生物驅動。宏基因組分析顯示，碳水化合物活性酶和溶酶體同工酶豐度，與FP分解速率高度相關，可作為評估FP分解強弱的重要生物指示信號。基因組證據(jù)表明，以浮霉菌為代表的附著型機會主義菌群具備更強的運動能力、解毒系統(tǒng)與大分子降解酶體系，可在顆粒微環(huán)境中快速定殖并高效分解FP。
研究進一步發(fā)現(xiàn)，升溫會通過增強關鍵分解酶基因豐度加快FP分解，且對甲藻來源FP的加速效應更為突出。全球變暖背景下，許多海域持續(xù)出現(xiàn)硅藻比例下降、甲藻比例上升的結構性轉變，這意味著這些區(qū)域的POC會更快被再礦化并滯留在上層海洋。研究強調，在評估碳匯功能變化時，需將浮游植物組成、浮游動物攝食與微生物動力學過程作為一個耦合系統(tǒng)綜合考慮，才能更準確刻畫BCP的響應與不確定性來源。
相關成果發(fā)表在《環(huán)境科學與技術》《Environmental Science&Technology》上。研究工作得到國家自然科學基金委員會等的支持。（來源：中國科學院南海海洋研究所）
相關論文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c11967
橈足類攝食與微生物分解協(xié)同影響生物碳泵效率的示意圖