Michaelsarsia elegans的扫描电子显微镜图像，这是一种从马尾藻海 95 米深处采集的球石藻。研究人员认为，这种类型的球石藻是混合营养生物的一个例子，它已经进化出特定的适应性，以不同的方式获取碳。图片来源：Colin Fischer，Bigelow 海洋科学实验室
Bigelow 海洋科学实验室最近的研究表明，球石藻是一种对海洋-大气碳循环至关重要的浮游植物，它可以通过吸收溶解的有机形式的碳在弱光条件下生存，这一过程称为渗透压。尽管吸收速度很慢，但它让我们对这些生物在海底固碳中所起的作用有了新的认识，并重新定义了我们对全球碳循环的看法。
球石藻是一种全球普遍存在的浮游植物，在海洋和大气之间的碳循环中发挥着重要作用。Bigelow 海洋科学实验室的新研究表明，这些重要的微生物可以通过吸收溶解的有机碳形式在弱光条件下生存，迫使研究人员重新考虑驱动海洋中碳循环的过程。研究结果发表在本周的《科学进展》杂志上。
从溶解的有机碳的直接吸收中提取碳的能力被称为渗透压。尽管科学家之前曾使用实验室培养的培养物观察到球石藻的渗透压，但这是自然界中这种现象的第一个证据。
由高级研究科学家威廉·鲍尔奇 (William Balch) 领导的团队在大西洋西北部的球石藻种群中进行了实验。他们测量了浮游植物以三种不同有机化合物为食的速率，每种有机化合物都标有化学标记以追踪它们。球石藻将溶解的化合物用作构成其单细胞的有机组织以及它们在自身周围分泌的称为球石的无机矿物板的碳源。与浮游植物通过光合作用吸收碳的速度相比，有机化合物的吸收速度较慢。但它不容忽视。
“通过吸收这些溶解的有机物质，球石藻并没有赢得任何‘生长竞赛’，”Balch 说。“他们只是在勉强生存，但他们仍然可以成长，尽管速度很慢。”
植物，如球石藻，通常通过光合作用从大气中提取的无机形式的碳(如二氧化碳和碳酸氢盐)中获取碳以供生长。当球石藻死亡时，它们会下沉，将所有的碳带到海底，在那里它可以被再矿化或掩埋，有效地隔离数百万年。这个过程称为生物碳泵。
作为称为碱度泵的平行过程的一部分，球石藻还将地表水中的碳酸氢盐分子转化为碳酸钙——主要是石灰石——形成了它们的保护性球石。同样，当它们死亡和下沉时，所有致密的无机碳都被压载到海底。然后其中一些溶解回碳酸氢盐，从而将碱度从表面“泵送”到深处。
但新的证据表明，球石藻不仅在表面附近使用这些无机形式的碳。它们还吸收溶解的有机碳，这是海洋中最大的有机碳库，并将其中的一些固定在它们的球石中，最终沉入深海。这表明，吸收这些自由漂浮的有机化合物是生物泵和碱度泵的另一个步骤，这些泵驱动碳从海洋表面传输到下面的深处。
“海洋中存在大量溶解的有机碳源，我们一直认为它与海洋中的碳酸盐循环没有真正的关系，”Balch 说。“现在我们要说的是，正在深入的部分碳实际上来自巨大的溶解有机碳池。”
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