“光合作用”藻类如何在长期黑暗中幸存下来

　　

在Bigelow海洋科学实验室的长期实验中，Jelena Godrijan对颗石藻（Coccolithophores）进行测量。这项研究发现了一些单细胞藻类物种是如何在上次大灭绝中幸存下来的，这一发现可能会改变我们对全球海洋过程的理解。

6600多万年前，一颗小行星的撞击导致地球上近四分之三的生命灭绝。剩下的小生命不得不挣扎，对其坚韧性的研究可以为生物体如何在环境挑战中生存提供关键的见解。在一项新的研究中，毕格罗海洋科学实验室(Bigelow Laboratory for Ocean Sciences)的科学家们发现了一些单细胞藻类物种是如何在大灭绝中生存下来的，这一发现可能会改变我们对全球海洋过程的理解。

颗石藻和大多数藻类一样，可以进行光合作用，利用太阳的能量来制造食物。然而，小行星撞击地球的余波被认为使地球笼罩在长达数月的黑暗之中，这是世界上大多数光合生物的死刑判决。再加上其他放射性沉降物的影响，这导致90%以上的颗石藻物种灭绝，它们是海洋中最具影响力的一些生物。

作为这项新研究的一部分，该团队进行了实验室实验，表明一些颗石藻可以在没有光线的情况下生存。这表明这些生物一定有另一种方式来产生它们所需要的能量和碳。

这篇论文的第一作者耶莱娜·戈德里扬(Jelena Godrijan)说:“我们一直认为藻类只是进行光合作用的生物，很长一段时间以来，它们以其他方式进食的能力被忽视了。”他在Bigelow实验室担任博士后科学家，主持了这项研究。“让颗石藻在黑暗中生长和生存对我来说是惊人的，尤其是如果你想想它们是如何在恐龙这样的动物无法生存的情况下生存下来的。”

这项研究揭示了一些颗石藻物种如何利用以前未被认识的有机化合物作为碳源，而不是植物通常使用的二氧化碳。它们可以处理溶解的有机化合物，并立即利用它们，这一过程被称为渗透营养。这些发现可能解释了这些生物如何在黑暗的条件下生存，比如小行星撞击后，或者阳光可以到达的海洋深处。

这项研究发表在《新植物学家》杂志上，由毕格罗实验室的另外两名研究人员共同完成，他们是高级研究科学家威廉·巴尔奇和高级研究助理大卫·德雷珀。它对海洋生物有着深远的影响。

颗石藻在控制全球海洋和大气的过程中是不可或缺的，包括碳循环。它们从大气中吸收溶解的二氧化碳，这些二氧化碳在它们死亡时被输送到海底。

“这对二氧化碳在地球上的分布非常重要，”Balch说。“如果我们没有这个生物碳泵，我们大气中的二氧化碳会比现在高得多，可能是现在的两倍多。”

颗石藻还在缓解海洋酸度方面发挥着重要作用，而海洋酸度会对贝类和珊瑚等生物产生负面影响。这种单细胞藻类从水中吸收碳，在自身周围形成由石灰石构成的保护性矿物板，当它们死亡时，这些矿物板就会下沉。这一过程有效地将碱性泵入更深的海洋，从化学角度增强了海水抵御酸性的能力。

这项新的研究揭示，藻类还从水柱深处以前未被发现的来源中吸收碳。这可能会将颗石藻与一系列新的全球进程联系起来，并提出关于它们在海洋中角色的基本问题。

“颗石藻以我们从未想象过的方式融入到全球循环中，”Balch说。“这项研究真的改变了我对暗区食物网的看法，在暗区，光合作用明显不会发生。它改变了范式。”

研究人员下一步想要进行海洋实验，观察颗石藻是如何在自然环境中吸收营养物质的，尤其是在黑暗中。Godrijan希望她的工作将有助于揭示更多关于这种生物的信息，它们的重要性，以及它们在地球上的复杂作用。

“颗石藻是非常非常微小的生物，但它们对所有生命都有巨大的影响，大多数人甚至都没有意识到，”Godrijan说。“看到这么小的事情如何能对地球产生如此大的影响，给我们自己的生活带来了希望。”

“Osmotrophy of dissolved organic carbon by coccolithophores in darkness” by Jelena Godrijan, David T. Drapeau and William M. Balch, 16 November 2021, New Phytologist.
DOI: 10.1111/nph.17819