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《《美国科学院院报》：浮游植物元素组成的地质控制因素》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： liguiju
  • 发布时间：2021-12-31

  • 海洋浮游植物的元素组成反映了它们作为食物来源的质量，并调节着海洋、大气和岩石水库之间碳、氧和营养物质的流动。尽管浮游植物元素组成具有重要意义，但目前还没有系统的浮游植物元素组成的地质历史评估，因为人们通常认为浮游植物元素组成在时间上是恒定的，这限制了我们对进化模式和全球生物地球化学的理解。利用地质和进化事件推动的生物地球化学模型，发现浮游植物的营养成分在地质历史过去5.5亿年里增加了。这种有机质营养成分的增加可能对海洋动物的进化很重要。这项研究成果目前发表于《美国科学院院报》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）之上。

    浮游有机物构成了海洋食物网的基础，其营养成分（C:N:Porg）控制着海洋中的物质和能量通量。在地球历史上，C:N:Porg在海洋后生动物演化和全球生物地球化学动力学中起着至关重要的作用，但C:N:Porg的地质历史是未知的，并且通常被认为是恒定的（大约106:16:1）。研究认为由于全球平均温度的下降和海水磷酸盐供应量的增加，有机碳/磷比值和氮/磷比值从晚古生代到现在有所减少。研究还认为，这些浮游植物生长环境的变化是由各种显生宙事件驱动的，特别是古生代中晚期陆生植物的扩张和三叠纪超大陆泛大陆的破裂，这些事件增加了大陆的耐候性和风化源磷酸盐向海洋的通量。由此导致的浮游有机物营养成分的增加可能影响了海洋动物的进化和全球生物地球化学。（傅圆圆 编译）

  • 原文来源：https://www.pnas.org/content/119/1/e2113263118
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相关报告

  • 《浮游植物对大气与海洋驱动热浪的不同响应》
    • 来源专题：战略生物资源
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2023-07-11
    • 2023年6月11日，中国科学院南海海洋研究所研究员詹海刚团队在海洋热浪影响浮游植物方面取得新进展，他们研究揭示浮游植物对大气与海洋驱动热浪的不同响应。相关研究论文以“Shifting responses of phytoplankton to atmospheric and oceanic forcing in a prolonged marine heatwave”为题发表于《湖沼与海洋》。 该研究基于卫星遥感和Argo数据，发现发生在2015至2016年间热带东南印度洋的一个长热浪事件中，尽管表层海水表现出一致性增温信号，卫星观测的浮游植物响应却出现显著差异。在热浪的前半阶段（阶段1），海表叶绿素浓度和浮游植物生物量略微增加，整体的浮游植物粒径结构基本不变；然而在热浪的后半阶段（阶段2），叶绿素浓度和浮游植物生物量显著下降，且整体的群落结构朝更小粒径浮游植物转变。 浮游植物的不同响应主要受海洋热浪的不同物理驱动因素调控。阶段1海表增温主要受大气因素主导，此阶段混合层变浅，近表层水体层结增强，但同时也存在上升开尔文波，这些因素使得该阶段混合层内总体营养盐变化不大，因而叶绿素和生物量等变动不大。阶段2海洋热浪则主要受海洋过程（下沉开尔文波）主导，此阶段海洋波动大大减弱了该海域的季节性上升流，导致混合层内营养盐显著减少，造成叶绿素浓度和生物量的下降，进而扩大小粒径浮游植物的生长优势。进一步对该海域1998至2020期间所有热浪事件进行统计分析，结果表明由大气主导的海洋热浪倾向于增加该海域浮游植物叶绿素浓度和生物量，而海洋过程主导的热浪则相反，与2015/2016的长热浪事件基本一致。 上述结果表明，即使在同一个海洋热浪事件中，因为主要驱动因素的变化，浮游植物响应也可能会发生显著转变。由于表层变暖信号的连续性，这种转变很容易被忽视。因此，在综合评估海洋热浪对浮游植物的影响时，必须关注整个事件中驱动机制的变化。特别是在全球变暖背景下，海洋热浪的发生频次将增加，持续时间将变长，对海洋热浪物理机制进行厘清和分类显得更有必要。 编译来源：https://www.cas.cn/cm/202306/t20230619_4898016.shtml
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  • 《捕食者相互作用决定浮游植物随气候变化的迁移变化》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2022-01-18
    • 原绿球藻（Prochlorococcus）是地球上最小和最丰富的光合作用生物。单个原绿球藻细胞与人类红细胞相比相形见绌，但在全球范围内，这些微生物的数量达到了80亿，通过光合作用，产生了世界上大部分氧气。通常，原绿球藻广泛分布于海洋温暖的表层水中，随着两极气温的降低，数量急剧下降，因此，科学家认为，原绿球藻与很多海洋物种一样，温度是影响其分布的主控因素之一。但美国麻省理工学院（MIT）的科学家发现，原绿球藻的生存区域并非取决于温度，而是由与共同捕食者的关系决定。这项研究成果已发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上。 该研究的合著者、麻省理工学院地球、大气和行星科学系（EAPS）的高级研究科学家Dutkiewicz说，普遍认为，随着海洋变暖，原绿球藻会向极地移动，温度决定了海洋中原绿藻和其他浮游植物的范围，但这一认识与实测数据存在差异。该研究团队检查了2003年、2016年和2017年在东北太平洋航线的观测结果，航次在不同的纬度，连续对水域进行采样，并测量各种细菌和浮游植物（包括原绿球藻）的浓度。研究团队绘制了原绿球藻明显减少或消失的位置图，并标注了每个位置的海洋温度。令人惊讶的是，原绿球藻的消失在13-18℃之间都有可能发生，而实验室研究表明，13-18℃是原绿球菌适合生长和繁衍温度。该研究的合著者Follett表示，这说明温度本身无法决定原绿球藻分布，因此，他们开始怀疑温度控制原绿球藻分布的科学性，转而着手研究原绿球藻与异养细菌的相互作用。研究人员采用海洋环流和海洋生态系统相互作用的模拟，通过MITgcm模型，模拟了世界各地的洋流和上升流区域，并采用生物地球化学模型模拟了营养物质在海洋中的重新分配方式。他们结合复杂的生态系统模型来模拟不同种类的细菌和浮游植物（包括原绿球藻）之间的相互作用。在细菌的情况下，模型显示原绿球菌分布范围广泛，包括温暖热带地区和寒冷的两极，这与理论和观察结果相反。当模型中加入其他微生物、细菌和共同捕食者时，原绿球藻的分布范围从两极转移，与原始研究巡航的观察结果相匹配。模型结果还显示，原绿球藻可以在营养水平非常低的水域中茁壮成长，并且是细菌的主要食物来源。这些水域也恰好是温暖的，适合原绿球菌和细菌以及它们共同的捕食者生活。但在营养更丰富的环境中（如极地地区），冷水和营养物质从深海涌出，更多种类的浮游植物可以生长，导致细菌快速繁殖，进而威胁到原绿球藻的生存，甚至消失殆尽。因此，结果表明，与细菌的共同捕食者的关系决定了原绿球藻的生长范围。将这种机制纳入模型对于预测其他海洋微生物对气候变化的响应机制至关重要。 研究人员认为原绿球藻可以有效指示全球海洋变化，如果它的生存范围扩大，表明海洋中的情况也发生了很大变化。Follett补充道，有理由相信它的范围会随着世界变暖而扩大，但必须厘清影响其生存范围的因素，仅仅基于温度的预测是不正确的。（傅圆圆  编译）
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