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新研究追踪开放海洋中基于硫的新陈代谢

这个星球上最活跃的生态系统之一是大多数人很少遇到的,科学家们才开始探索。开阔的海洋包含微小的生物 - 浮游植物 - 在地球上进行一半的光合作用,帮助陆地上的动物产生氧气。

华盛顿大学海洋学家今年夏天在自然微生物学杂志上发表的一项研究,研究了光合微生物和海洋细菌如何利用硫,这是一种丰富的海洋营养素。

硫是一种有气味的元素,给海滩带来独特的气味。这项新研究的重点是磺酸盐,其中硫原子与三个氧原子和碳基分子相连。在海洋中,浮游植物利用来自太阳的能量来产生磺酸盐分子。然后细菌消耗硫酸盐以获得营养和能量。

Bryndan Durham当时是海洋学博士后研究员,现在是佛罗里达大学的助理教授,他利用最近的土壤遗传学研究来了解哪些微生物途径用于处理海洋中的磺酸盐。该研究首先关注研究小组在实验室培养的36种海洋微生物,使用威斯康星大学开发的方法测试哪些生物在实验室环境中自行生成磺酸盐。

该研究发现“陆地和海洋系统中磺酸盐通路之间有一些惊人的相似之处,”达勒姆在自然微生物学的一篇“论文背后”一文中写道,该文章讨论了该项目。植物在土壤中产生大部分磺酸盐。在海洋中,大多数磺酸盐也是由光合生物产生的,但在这种情况下是由单细胞浮游植物产生的。

然后该研究考虑了在实验室中尚未培育的开阔海域的微生物。2015年在夏威夷北部的研究巡航中,由一组研究人员共同领导,包括Virginia Armbrust和Anitra Ingalls,海洋学教授和新研究的高级作者,在白天和夜晚的不同时间收集微生物样本。然后研究人员冻结了样本,以便分析他们在西雅图的遗传和化学成分。

“我们从海上返回了一个冰箱的样本,这些样本产生了超过6TB的数据供我们探索,”达勒姆写道,“这是一个重大的计算障碍。”

该团队最终成功地提取了相关数据,并找到了支持实验室样本结果的模式。他们还检测到磺酸盐代谢中的昼夜节律,反映了光合生物的活动。

“磺酸盐是由某些微生物群产生和消耗的,所以我们可以用它们来追踪海水群落中的特定关系,”达勒姆说。“由于磺酸盐含有碳 - 硫键,它们是控制二氧化碳流入和流出海洋的全球碳循环的一部分。随着气候的变化,这一点越来越重要。”

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