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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

编译者:liguiju发布时间:Jan 18, 2022点击量:111 来源栏目:科研动态

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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