闡明碳循環(huán)：顆石藻吸收有機碳的能力

Michaelsarsia elegans的掃描電子顯微鏡圖像，這是一種從馬尾藻海 95 米深處采集的球石藻。研究人員認為，這種類型的球石藻是混合營養(yǎng)生物的一個例子，它已經進化出特定的適應性，以不同的方式獲取碳。圖片來源：Colin Fischer，Bigelow 海洋科學實驗室

Bigelow 海洋科學實驗室最近的研究表明，球石藻是一種對海洋-大氣碳循環(huán)至關重要的浮游植物，它可以通過吸收溶解的有機形式的碳在弱光條件下生存，這一過程稱為滲透壓。盡管吸收速度很慢，但它讓我們對這些生物在海底固碳中所起的作用有了新的認識，并重新定義了我們對全球碳循環(huán)的看法。

球石藻是一種全球普遍存在的浮游植物，在海洋和大氣之間的碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。Bigelow 海洋科學實驗室的新研究表明，這些重要的微生物可以通過吸收溶解的有機碳形式在弱光條件下生存，迫使研究人員重新考慮驅動海洋中碳循環(huán)的過程。研究結果發(fā)表在本周的《科學進展》雜志上。

從溶解的有機碳的直接吸收中提取碳的能力被稱為滲透壓。盡管科學家之前曾使用實驗室培養(yǎng)的培養(yǎng)物觀察到球石藻的滲透壓，但這是自然界中這種現(xiàn)象的第一個證據(jù)。

由高級研究科學家威廉·鮑爾奇 (William Balch) 領導的團隊在大西洋西北部的球石藻種群中進行了實驗。他們測量了浮游植物以三種不同有機化合物為食的速率，每種有機化合物都標有化學標記以追蹤它們。球石藻將溶解的化合物用作構成其單細胞的有機組織以及它們在自身周圍分泌的稱為球石的無機礦物板的碳源。與浮游植物通過光合作用吸收碳的速度相比，有機化合物的吸收速度較慢。但它不容忽視。

“通過吸收這些溶解的有機物質，球石藻并沒有贏得任何‘生長競賽’，”Balch 說。“他們只是在勉強生存，但他們仍然可以成長，盡管速度很慢。”

植物，如球石藻，通常通過光合作用從大氣中提取的無機形式的碳(如二氧化碳和碳酸氫鹽)中獲取碳以供生長。當球石藻死亡時，它們會下沉，將所有的碳帶到海底，在那里它可以被再礦化或掩埋，有效地隔離數(shù)百萬年。這個過程稱為生物碳泵。

作為稱為堿度泵的平行過程的一部分，球石藻還將地表水中的碳酸氫鹽分子轉化為碳酸鈣——主要是石灰石——形成了它們的保護性球石。同樣，當它們死亡和下沉時，所有致密的無機碳都被壓載到海底。然后其中一些溶解回碳酸氫鹽，從而將堿度從表面“泵送”到深處。

但新的證據(jù)表明，球石藻不僅在表面附近使用這些無機形式的碳。它們還吸收??溶解的有機碳，這是海洋中最大的有機碳庫，并將其中的一些固定在它們的球石中，最終沉入深海。這表明，吸收這些自由漂浮的有機化合物是生物泵和堿度泵的另一個步驟，這些泵驅動碳從海洋表面?zhèn)鬏數(shù)较旅娴纳钐帯?/p>

“海洋中存在大量溶解的有機碳源，我們一直認為它與海洋中的碳酸鹽循環(huán)沒有真正的關系，”Balch 說。“現(xiàn)在我們要說的是，正在深入的部分碳實際上來自巨大的溶解有機碳池。”

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