由于海冰覆盖范围广,生产季节短,北冰洋中部是地球上营养最贫乏的海洋之一。尽管如此,来自不来梅、不来梅黑文和基尔的科学家们,在越过北冰洋中部兰塞斯海脊(北纬87度,东经61度)的死火山海顶部,发现了一个令人惊讶的稠密的海底生物群落。这一重大发现已刊登在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。
研究表明,在这个大型生物群中海绵细菌是最丰富的生物,其质量为460 g Cm−2,估算其1年的碳需求量约为110 Cm−2yr−1,而在该地区,区域初级生产力的出口通量仅足以提供所需碳的1%,这些海绵到底依赖哪些营养物质得以生存引起了科学家的兴趣。通过利用这次任务采集的样品,论文第一作者、不来梅马克斯-普朗克海洋微生物研究所的海绵专家Teresa Morganti确定了海绵适应营养极度匮乏的极地深海环境机理。分析结果显示,海绵的微生物共生体可以利用海山上现存的已经灭绝生物残骸遗体,如由蛋白质和甲壳素组成的蠕虫管以及碎屑物质,并将它们转化为生命所需的营养物和能量。
海绵被认为是最基础的动物生命形式之一。它们广泛分布于各大海洋且数量庞大,生存环境可以从浅水的热带珊瑚礁延申到北极的深海。许多海绵都包含一个复杂的共生关系微生物群落,它们通过生产抗生素、转移营养物质和处理排泄物,为海绵的健康和营养作出了贡献。这种模式也适用于Geodia-海绵,它们在北极海山的社区中占主导地位。Teresa Morganti与乌特勒支大学的专家Anna de Kluijver及Alfred Wegener研究所的Gesine Mollenhauer实验室通过合作确定了海绵的食物来源、生长及年龄。他们的研究表明,数千年前,海底深部渗出的物质在海山顶部为丰富的生态系统提供了养分。当这些生物灭亡后,它们的残骸在深海得以被有效保存,为形成大型海绵生态系统提供了物质基础。来自基尔的GEOMAR亥姆霍兹海洋研究中心的Ute Hentschel认为,这些微生物拥有消化难降解颗粒物和溶解有机物的基因,同时还可以将其转化为有机物和能量为海绵提供营养。科学家们还认为,这些海绵还担当着生态系统工程师的角色,它们产生的孢子堆积形成可以支撑爬行的垫子,进一步促进颗粒和生物物质的局部沉降。
北极是受气候变化影响最大的地区之一。Morganti强调,这是首次在北极中部高地发现类似的海绵生物群落,鉴于观察和取样的困难,对极地深海生态系统的研究并不充分。随着海冰覆盖率的迅速下降和海洋环境的变化,更好地了解极端生态系统对于保护和管理这些处于高压之下的北极海域独特的生物多样性至关重要。(熊萍 编译)