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本研究聚焦深海溶解有机碳（DOC）的微生物可利用性，通过放射性碳分析、分子表征和生物测定实验，揭示了深海中存在快速微生物利用的年轻、易利用的高分子量蛋白质类物质，为理解深海碳循环和微生物代谢提供了新视角。
深海，地球上最神秘的区域之一，蕴藏着巨大的溶解有机碳（DOC）库。这些碳大多被认为古老且难以被微生物降解。然而，一项发表在《SCIENCE ADVANCES》上的研究却揭示了一个惊人的事实：在深海中，存在大量年轻且易被微生物利用的有机分子，它们为深海微生物提供了丰富的“食物”，并可能对海洋碳循环和碳封存产生重要影响。
海洋是地球上最大的碳库，其中溶解有机碳（DOC）占据了海洋总有机碳的大部分。传统观点认为，深海中的DOC大多来自上层海洋的有机物沉降，经过长时间的积累和转化，变得难以被微生物利用。然而，近年来的研究发现，深海中存在一些年轻的DOC组分，它们可能来源于上层海洋的有机物，但其具体来源和微生物利用情况一直未得到明确证实。
为了揭开深海DOC的“秘密”，美国的研究人员在西北大西洋的百慕大大西洋时间序列研究（BATS）站点开展了研究。他们通过放射性碳（14C）分析、分子表征和生物测定实验，直接证明了深海中存在快速微生物利用的年轻、易利用的高分子量蛋白质类物质（HMW proteinaceous material）。这些物质在深海中的含量随着深度的变化呈现出非单调的趋势，表明它们可能来源于中层水（mesopelagic waters）的迁徙浮游动物。
研究人员首先对BATS站点的上层海洋进行了采样，分析了叶绿素a浓度和浮游动物生物量的季节变化。结果显示，浮游动物生物量在春季达到峰值，与叶绿素a浓度的季节变化同步。随后，他们对不同深度的海水样本进行了放射性碳分析，发现DOC的14C含量随着深度的增加而降低，表明DOC的年龄随着深度增加而变老。然而，通过对高分子量DOC（HMW DOC）和HMW氨基酸的分析，研究人员发现这些物质的14C含量在深海中相对较高，表明它们相对较年轻。
为了验证这些年轻有机分子的微生物可利用性，研究人员开展了生物测定实验。实验结果表明，HMW DOC在各个深度的微生物利用程度均较高，尤其是在深海中，尽管其利用比例相对较低，但仍显示出明显的微生物利用迹象。此外，HMW氨基酸的微生物利用程度更高，且在深海中表现出更高的利用比例。这些结果表明，深海中存在大量易被微生物利用的有机分子，它们为深海微生物提供了丰富的“食物”。
研究人员进一步分析了这些有机分子的来源。通过对氨基酸的化学组成分析，发现深海中被微生物利用的氨基酸与上层海洋的浮游生物相似，表明这些有机分子可能来源于上层海洋的浮游生物。此外，研究人员推测，这些有机分子可能通过中层水的迁徙浮游动物的粪便颗粒等途径快速输送到深海。这些粪便颗粒在沉降过程中可能会被微生物分解，释放出易利用的有机分子，从而为深海微生物提供“食物”。
研究方法
本研究采用了以下几种关键技术方法：
放射性碳（14C）分析：用于测定不同深度海水样本中DOC、HMW DOC和HMW氨基酸的年龄。
分子表征：通过液相色谱等技术分离和分析HMW氨基酸。
生物测定实验：通过长期培养实验，测定不同深度海水样本中微生物对DOC和HMW DOC的利用程度。
样本采集：在BATS站点采集了不同深度的海水样本，包括上层海洋、中层水和深海。
研究结果
海洋上层的生物动态
研究发现，浮游动物生物量在春季达到峰值，与叶绿素a浓度的季节变化同步。这表明浮游动物在春季大量繁殖，可能为深海提供了丰富的有机物质来源。
深海DOC的年龄变化
DOC的14C含量随着深度的增加而降低，表明其年龄随着深度增加而变老。然而，HMW DOC和HMW氨基酸的14C含量在深海中相对较高，表明它们相对较年轻。
深海中DOC的微生物利用
生物测定实验表明，HMW DOC在各个深度的微生物利用程度均较高，尤其是在深海中。HMW氨基酸的微生物利用程度更高，且在深海中表现出更高的利用比例。
深海有机物的来源和输送机制
通过对氨基酸的化学组成分析，发现深海中被微生物利用的氨基酸与上层海洋的浮游生物相似。这表明这些有机分子可能来源于上层海洋的浮游生物，并通过中层水的迁徙浮游动物的粪便颗粒等途径快速输送到深海。
研究结论与讨论
本研究揭示了深海中存在大量年轻且易被微生物利用的有机分子，这些分子可能来源于上层海洋的浮游生物，并通过中层水的迁徙浮游动物快速输送到深海。这一发现不仅改变了我们对深海DOC性质的传统认识，还为理解深海碳循环和微生物代谢提供了新的视角。这些易利用的有机分子为深海微生物提供了丰富的“食物”，可能对海洋碳封存和生态系统的稳定性产生重要影响。未来的研究可以进一步探索这种有机物输送机制在全球海洋中的普遍性，以及其对海洋碳循环的长期影响。
