深海悬崖上珊瑚与海绵的米级垂直分布揭示营养资源分配奥秘

为探究深海珊瑚和海绵的营养生态及资源分配问题，达尔豪斯大学（Dalhousie University）研究人员分析稳定同位素等，发现它们在资源利用上存在显著差异，这对保护深海栖息地意义重大。

　　

研究背景

在神秘深邃的海洋世界里，深海珊瑚和海绵如同海底的 “基石”，构建起复杂的生态栖息地，为众多海洋生物提供了庇护所、附着基质和营养来源，对维持海洋生物多样性起着关键作用。然而，科学家们对它们的了解却十分有限，尤其是在竞争互动，特别是底栖动物间的资源分配方面，存在诸多未知。

随着气候变化的加剧，海洋初级生产力和生物地球化学循环发生了显著变化，这无疑会影响深海栖息地的食物数量和质量。若想更好地管理和保护深海珊瑚与海绵栖息地，深入理解底栖群落的营养动力学（trophodynamics）就显得尤为重要。目前，关于深海珊瑚和海绵的食源，人们只知道它们大概以颗粒有机物质（POM）和溶解有机物质（DOM）为食，但具体的来源却并不清楚。而且，虽然有研究推测它们之间存在饮食重叠，可由于深海环境难以到达，相关观测数据稀缺，这一推测也难以得到验证。在这样的背景下，开展一项深入研究就显得极为迫切。

研究过程

为了揭开这些谜团，达尔豪斯大学（Dalhousie University）的 Wilder Greenman 等人踏上了探索之旅。研究人员前往加拿大新斯科舍省附近的大陆架，利用遥控潜水器（ROV）对水深约 450 米的 Shortland 峡谷壁上的深海珊瑚和海绵栖息地展开研究。在这个峡谷中，陡峭的岩壁上生长着丰富的珊瑚和海绵群落，为研究提供了绝佳场所。研究人员从这里采集了多种生物样本，包括珊瑚、海绵、海葵和海鞘等，同时还收集了海水样本，用于分析其中的颗粒有机物质（POM）和溶解无机碳（DIC）。

研究方法

1. 稳定同位素分析：通过分析生物样本的整体稳定碳（\delta^{13}C_{bulk}）和氮（\delta^{15}N_{bulk}）同位素，研究人员可以评估不同物种在资源利用上的差异。而对氨基酸的化合物特异性氮同位素（\delta^{15}N_{AA}）分析，则能进一步从基线来源、营养级位置和微生物再合成等方面区分不同分类群的饮食3。
2. 放射性碳测年：利用放射性碳（\Delta^{14}C）分析组织样本、POM 和 DIC，研究人员得以了解食物的来源，判断生物的饮食是源于较老的、难分解的有机物，还是来自表层的 POM15。
3. 主成分分析（PCA）：研究人员运用 PCA 对多个同位素指标进行分析，以探究潜在的资源分配模式，从多个维度解析影响\delta^{15}N_{bulk}的因素，进而确定不同物种的营养生态位6。

研究结果

1. 整体稳定同位素揭示显著的营养生态位分区：在\delta^{13}C_{bulk}与\delta^{15}N_{bulk}的关系图中，不同生物和 POM 形成了特定的分布模式。POM 的同位素值最低，珊瑚P. arborea和P. resedaeformis次之，其他珊瑚、海葵和海鞘的同位素值处于中间范围，而海绵的同位素值最高。这表明不同物种在资源利用上存在显著差异，尽管它们在空间上距离相近，但所利用的资源并不相同2。
2. 氨基酸的化合物特异性同位素分析（CSIA-AA）：\delta^{15}N_{Phe}作为基线\delta^{15}N的指标，清晰地将珊瑚和海葵与海绵和海鞘区分开来。珊瑚和海葵的\delta^{15}N_{Phe}值较为集中，表明它们的食物主要源于混合层初级生产；而海绵的\delta^{15}N_{AA}在所有氨基酸中都显著富集，意味着其饮食受到细胞外水解的影响，与珊瑚和海葵利用的基础食物网完全不同；海鞘的\delta^{15}N富集程度则介于两者之间4。
3. \Delta^{14}C值区分饮食组成中的 DOM 和 POM：通过对比生物组织样本的\Delta^{14}C值与新斯科舍省附近大陆架的\Delta^{14}C_{DIC}深度剖面，研究人员发现，除六放海绵（Hexactinellid sponges）外，所有分类群的\Delta^{14}C值均为正值，证实它们的饮食最终来源于表层混合层。不过，珊瑚和海葵的\Delta^{14}C值略高于海鞘和W. bursa，可能反映了食物来源在混合层上下部分的分区；六放海绵的\Delta^{14}C值极低，与深层 POM 或 DOM 的\Delta^{14}C值更为一致57。
4. 分类群特异性营养生态位：通过 PCA 分析多个同位素指标，研究人员发现不同分类群在多维空间中呈现出明显的分离，这强烈支持了它们之间存在显著的资源分配差异。例如，P. arborea和P. resedaeformis占据相似的营养生态位，具有紧密的底栖 - 浮游耦合和较低的营养级位置，它们最可能的食物来源是近期输出的植物碎屑和原生动物；K. grayi的营养级位置最高，同时保持高度的底栖 - 浮游耦合，这表明它主要以浮游动物为食；海绵和海鞘则利用了经过高度微生物再加工的不同基础食物网688。

研究结论与意义

综合各项研究结果，该研究通过多种稳定同位素和放射性碳分析技术，揭示了生活在相近区域的深海底栖动物在资源利用上的显著差异。这不仅解释了海绵中常见的异常高\delta^{15}N_{bulk}值的原因，还表明这些功能相似的物种在资源利用上的差异有助于增加群落层面的营养获取，支持了生态位互补而非竞争的观点。

此外，研究发现的垂直分区模式在其他区域也有出现，并且反映了更广泛的水深分布。研究人员推测，水流 regime 及其对食物可用性和利用的影响，可能对物种的深度分布起着关键的限制作用。同时，研究还证实了海绵和海鞘利用的是难分解的、经过微生物降解的食物来源，这意味着在深海食物短缺的情况下，它们可能通过消耗 DOM 并为邻近生物提供 POM，从而增加栖息地的生态韧性。这些研究结果对于理解深海生态系统的结构和功能，以及保护深海珊瑚和海绵栖息地具有重要的意义。