南极生物热点区域帕尔默峡谷悬浮碎屑颗粒支撑独特微生物生态系统的探秘

《Polar Biology》：Suspended detrital particles support a distinct microbial ecosystem in Palmer Canyon, Antarctica, a coastal biological hotspot

为了解海洋悬浮颗粒上的微生物物种及代谢策略，研究人员对南极帕尔默峡谷（Palmer Canyon）开展研究。通过多种分析方法，发现峡谷内存在独特微生物物种和代谢途径基因，这有助于深入理解极地海洋微生物生态。

　　在广袤无垠的海洋世界里，悬浮颗粒如同神秘的微观宇宙，承载着独特的微生物群落，它们在海洋生态系统的物质循环和能量流动中扮演着至关重要的角色。然而，目前科学家对于大多数悬浮在海洋水柱中的颗粒上的原核物种及其代谢策略，了解还十分有限。尤其是在极地海洋环境中，相关研究更是匮乏。而南极地区的生态系统又极为特殊且脆弱，深入探究其海洋微生物生态，对于理解全球气候变化对极地生态的影响意义重大。为了填补这一知识空白，来自美国斯克里普斯海洋研究所（Scripps Institution of Oceanography）等机构的研究人员，对南极生物热点区域帕尔默峡谷（Palmer Canyon）展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Polar Biology》上，为我们揭示了这片神秘海域中悬浮碎屑颗粒支撑的独特微生物生态系统，这对于深入理解极地海洋生态系统的功能和稳定性具有重要意义。
研究人员运用了多种关键技术方法。在样本采集方面，使用搭载有 CTD（Seabird SBE19v2）的小型研究船 Hadar，在三个站点不同深度采集海水样本。通过成像流式细胞机器人（IFCB）对样本中的颗粒进行成像分析，以此识别颗粒层并区分活细胞和碎屑。利用流式细胞术（Flow cytometry）计数浮游植物和细菌细胞丰度。此外，还进行了 DNA 提取、16S 和 18S rRNA 基因测序以及宏基因组测序等，来确定微生物群落组成和代谢基因。
研究结果如下：

1. 计数进入帕尔默深峡谷的活细胞和碎屑：IFCB 成像显示，活细胞图像在 5 米深度处最多，随后随深度增加显著减少；而碎屑在不同深度的分布则不同，在某些深度（如 H1 站 35 米、H5 站 100 米）出现较高水平。其他参数如光束透射率、盐度和预测的细菌产量等也随深度变化，且在 5 米深度处，总细胞计数较高。
2. 微生物群落组成和指示物种：在真核生物群落中，浅水区（5 米和 35 米）硅藻属（Corethron 和 Fragilariopsis）占主导。通过指示物种分析发现，高 IFCB 活细胞样本中，硅藻 Corethron 等是显著指示物种；高 IFCB 碎屑样本中，主要是 Prorocentrum texanum 等甲藻。原核生物群落中，不同深度优势属不同，浅水区是 Sulfitobacter，深水区则是 Nitrosopumilus 和 Thioglobus。高 IFCB 活细胞样本中，Sulfitobacter 是显著指示物种；高 IFCB 碎屑样本中，Methanomassiliicoccales 和 Fluviicola taffensis 是显著指示物种。
3. 代谢途径基因和差异丰度分析：对高碎屑样本进行宏基因组测序和差异丰度分析，发现 75 米深度的高碎屑样本具有独特的代谢途径基因。许多基因未被识别或分类，且该深度的样本中，与厌氧代谢（如产甲烷作用和硫酸盐还原）相关的基因显著丰富。
   研究结论和讨论部分指出，研究首次对帕尔默深峡谷悬浮颗粒层的微生物群落和代谢途径基因进行了探究。发现表层有活细胞层，75 米处有悬浮碎屑颗粒层，且碎屑层具有独特的厌氧代谢途径基因。近表层的微生物群落与以往研究相似，但对深层的微生物群落了解较少。例如，对 Nitrosopumilus 和 Candidatus Thioglobus 的研究还需深入。此外，研究还发现甲藻和细菌在碎屑层中具有重要作用，且代谢途径基因与厌氧代谢密切相关。然而，这些厌氧途径的来源还需进一步研究，是源于颗粒内的厌氧微环境，还是其他中层水环境，仍有待确定。总之，该研究为南极海洋生态系统的研究提供了重要的基础数据，让我们对这片神秘海域的微生物生态有了更深入的认识，为后续研究极地海洋生态系统的变化和应对气候变化的影响奠定了基础。