海洋微生物在气候影响中的作用

一项新的研究表明，浮游植物(一种微小的海藻，产生我们每天呼吸的大约一半氧气)周围的营养“热点”在释放与云形成和气候调节有关的气体方面发挥着重要作用。

这项新的研究量化了某些海洋细菌处理被称为二甲基磺基丙酸盐(DMSP)的关键化学物质的方式，这种化学物质是由浮游植物大量产生的。这种化学物质在海洋微生物消耗硫和碳并将其释放到大气中的过程中起着关键作用。

这项研究发表在《自然通讯》杂志上，作者是麻省理工学院研究生Cherry Gao，前麻省理工学院罗马斯托克土木与环境工程教授(现为瑞士苏黎世联邦理工学院教授)，澳大利亚悉尼理工大学Jean-batiste Reiner教授和Justin Seymour教授以及其他四位教授。

每年，海洋中的微生物产生超过10亿吨DMSP，占浮游植物吸收的碳的10%，浮游植物是二氧化碳的主要“汇”。没有它，温室气体甚至会累积。在大气中速度更快。高说，这种化合物是如何加工的，其不同的化学方式如何影响全球碳和硫循环，到目前为止还没有很好的了解。

她说：“DMSP是细菌的主要营养来源。”“它满足了海洋中高达95%的细菌硫需求和高达15%的细菌碳需求。因此，鉴于DMSP的普遍性和丰富性，我们预计这些微生物过程将在全球硫循环中发挥重要作用。”

高和她的同事已经对一种名为波默罗伊鲁热里亚的海洋细菌进行了基因改造。当两种不同的DMSP处理方式中的一种被激活时，它会发出荧光，从而可以在各种条件下分析这些过程的相对表达。

两种被称为去甲基化的方法之一是产生基于碳和硫的营养物质，这些营养物质可以被微生物用来维持它们的生长。另一种叫做裂解的方法会产生一种叫做二甲基硫醚的气体。高解释说：“这是一种导致海鲜的化合物。在实验中，我实际上在实验室里闻到了很多海鲜的味道。”

DMS是硫的气体，它是大多数从海洋进入大气的生物来源。一旦硫化合物进入大气，它们就成为水分子凝结的关键来源。因此，它们在空气中的浓度将通过云的形成影响降雨模式和大气的整体反射率。了解影响大多数生产的过程可能对改进气候模型有许多重要意义。

这些气候影响是“为什么我们有兴趣知道细菌何时决定使用裂解途径而不是去甲基化途径”，以便更好地了解在什么条件下会产生多少重要的DMS。“这是一个公开的问题，至少已经有20年了。”

这项新研究发现，附近的DMSP浓度可以调节细菌的使用方式。在一定浓度下，脱甲基占优势，但在10微摩尔左右以上，裂解过程占优势。

她说：“真正让我们惊讶的是，在工程菌实验后，我们发现以卵裂途径为主的DMSP浓度比预期的要高——比海洋中的平均浓度高几个数量级。”。

研究人员得出结论，这一过程在典型的海洋条件下很难发生。相反，DMSP浓度增加的微观“热点”可能是全球DMS产量不成比例的原因。这些微小的“热点”是一些浮游植物细胞周围的区域，其中有大量的DMSP，其浓度比海洋平均浓度高1000倍左右。

“我们实际上在产生DMSP的工程菌和浮游植物之间进行了一个共培养实验，”高说。实验表明，“的确，细菌增加了DMS产生途径的表达，这更接近于浮游植物。”

研究人员表示，新的分析应该有助于研究人员了解这些微小海洋生物如何通过它们的集体行为在全球范围内影响生物地球化学和气候过程的关键细节。

研究团队成员包括麻省理工学院和苏黎士联邦理工学院的博士后和康，研究生西蒙尼菲尼齐亚和大学的乔治博纳特教授。这项工作得到了戈登和贝蒂摩尔基金会、西蒙斯基金会、美国国家科学基金会和澳大利亚研究委员会的支持。

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