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1 捕食者相互作用决定浮游植物随气候变化的迁移变化 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) 查看详细>>

来源:美国麻省理工学院 点击量:29

2 美墨边境废水运输模型建议减少沿海污染的解决方案 2022-01-18

由美国斯克里普斯海洋研究所的物理海洋学家Falk Feddersen领导的研究团队,为包括两个污水源(墨西哥蒂华纳(Tijuana)排放口和圣安东尼奥德洛斯布宜诺斯(San Antonio de los Buenos,SAB)处理厂的排放口)在内的边境地区,开发了一个沿海海洋、病原体和人类疾病耦合模型,模拟了2017年多种污水处理基础设施背景下的病原体浓度和人类疾病风险。他们得出的结论是,提高SAB处理厂的能力可以最大程度地改善病原体浓度,减少生病的游泳者,减少海滩关闭,并且比遏制来自非常靠近边境的蒂华纳河河口的流量更有效。该研究发表在美国地球物理联盟(AGU)杂志《地球健康》(GeoHealth)上。 最近的美国、墨西哥和加拿大贸易协定(USMCA)为污水处理基础设施项目提供资金,以减少海滩关闭。该研究由环境保护署(EPA)通过北美开发银行和美国国家科学基金会(NSF)资助,试图解决由海洋污染问题带来的每年高达约20亿美元的医疗费用和海滩关闭经济损失。将通过构建模型指出哪种污水处理基础设施和策略可以最大程度地减少海洋污染避免海滩关闭,同时指导基础设施分配。 这项研究帮助更有效地解决美墨边境两侧污水对海滩水质的影响,将更好地解决美国和墨西哥的污水来源问题。在这项研究中,研究小组估计,在目前的条件下,帝国海滩每年有3.8%的海洋游泳者会因在污水污染的水域中游泳而生病。在夏季,这一估计值跃升至4.5%。解决SAB流量问题可将夏季生病游泳者的比例显着降低至0.5%。(王琳编译) 查看详细>>

来源:美国斯克里普斯海洋研究所 点击量:29

3 还原性海洋条件在古代大规模灭绝中发挥更大作用 2022-01-18

晚奥陶世大灭绝(LOME)是地质历史上的第二次大灭绝事件,也是唯一一次发生于冰期条件下的大规模灭绝事件,海洋中约85%的物种在LOME中灭绝。美国佛罗里达州立大学研究人员对引发晚奥陶世大规模灭绝(LOME)的复杂环境条件有了新的认识,研究成果近期发表在《AGU Advances》杂志上。研究人员认为,还原条件(低氧气含量低和硫化氢含量)可能比以前认为的更为重要。这项工作得到了美国化学学会石油研究基金、国家科学基金会和美国宇航局的支持。 这项研究首次对多个地点的多元素进行测量,来调查导致LOME的环境条件。科学家使用与古代海洋条件相对应的地球化学方法来测量数百万年前的氧和硫化物浓度。三个地点的碘浓度和硫同位素提供了有关古代海洋中氧气和硫化物含量的信息。LOME发生在两个不同的脉冲中,研究人员发现氧气水平在第一个脉冲之前下降并保持在低水平。海洋中硫化氢的水平在导致灭绝事件的第一个脉冲下降,但随后含量增加,与灭绝事件的第二个脉冲相吻合。 同时期,大多数生活在浅海的动物并未缺氧,研究人员在魁北克附近发现了更高氧气含量的证据,该地点是4.45亿年前大陆架上浅礁的所在地,珊瑚礁在这次灭绝事件中持续存在。 研究人员将这次灭绝事件与目前地球上正在发生的环境变化进行类比,认为人类正在面临晚奥陶世类似的环境,例如生物多样性的重大丧失、气候变暖和海洋氧气的减少。本项研究为LOME大规模灭绝事件提供了全新视角,指出研究的重要意义不仅在于深入解析灭绝事件成因,还要了解如何推进地球系统健康发展的方法。(李亚清编译) 查看详细>>

来源:美国佛罗里达州立大学 点击量:33

4 利用洪堡海流系统沉积物样本重建海洋变暖和鱼类迁移之间的联系 2022-01-18

南美洲西海岸外的海域是地球上最重要和多产的渔场之一。全球约8%的渔业产量来自秘鲁沿海地区。近水面的洪堡海流提供了高营养供应,从而为可商业开发的凤尾鱼等物种提供了充足的食物。全球凤尾鱼捕捞总量的10%来自该地区,其中大部分被加工成鱼粉和鱼油,主要用于中国和挪威的水产养殖。然而,洪堡上升流系统中凤尾鱼的捕获量正在下降,物种发生迁移的主要原因是由于气候的变化。 德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心(GEOMAR)地球科学研究所的研究人员基于洪堡海流地区的古海洋学数据,利用来自秘鲁洪堡海流系统的沉积物样本,重建了12.5万年前暖期(间冰期)的环境条件。研究人员基于古海洋学先分析了从沉积物岩芯中分离出来的小鱼椎骨。结果表明,在古代较温暖时期,沿海水域以体型较小的鰕虎鱼为主,而凤尾鱼只占很小的比例。体型较小的鱼能更好地适应较高的温度。它们即使在含氧量较低的水域也能保持高活力,这是由于它们鳃的表面积相对于它们的身体体积更大。这种小型化的趋势与渔业捕捞和管理无关。基于这项研究,气候变暖对生态系统和全球渔业的影响意义比以往所了解的更为深远,对秘鲁地区、当地渔业收入和全球凤尾鱼贸易的影响也十分深远(可能影响全球粮食安全)。 洪堡海流上升流区日益变暖,生态系统正走向一个临界点,超过这个临界点,凤尾鱼将不再主宰近岸渔场。尽管采取了灵活、可持续和适应性的管理策略,凤尾鱼的生物量和捕捞量却持续下降,比想象中更要接近生态临界点。这项研究的结果有助于更好地评估变暖的海洋在多大程度上为世界人口提供足够的食物,以及对诸如凤尾鱼等重要鱼类的发展预计会发生哪些变化。(刘思青编译) 查看详细>>

来源:德国基尔亥姆霍兹海洋研究中心 点击量:26

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