加州大學聖地牙哥分校的研究發現，海洋矽藻（如Cylindrotheca closterium）將光合作用與直接碳消耗結合，改變了以往對其碳攝取方式的看法。這種受細菌相互作用影響的雙重策略可能會極大地影響人們對全球碳循環的認識。

最新研究表明，海洋矽藻累積碳的方法不只一種。除了光合作用，這些單細胞浮游生物也透過直接消耗海洋中的有機碳來增加生物量。這項發現可能促使科學家修改他們對矽藻透過光合作用從大氣中吸收二氧化碳量的估計值。因此，這可能會改變我們對全球碳循環的認識，這對氣候變遷尤其重要。

這項研究由加州大學聖迭戈分校的生物工程師、生物資訊專家和其他基因組學研究人員領導。新研究成果將於2024 年7 月17 日發表在《科學進展》（Science Advances）。

研究團隊發現，存在於世界各地海洋中的矽藻Cylindrotheca closterium 經常同時進行光合作用和直接從浮游生物等有機物中攝取碳。在研究人員分析的來自世界各地海洋的70% 以上的水樣本中，研究團隊發現了矽藻同時進行光合作用和直接消耗有機碳的跡象。

研究團隊也發現，這種矽藻在進行光合作用的同時還會消耗有機碳，因此生長速度更快。此外，這項新研究還暗示了一種誘人的可能性，即特定種類的細菌正在直接向生活在全球海洋中的大量矽藻提供有機碳。

這項工作基於一種基因組尺度代謝建模方法，研究小組利用這種方法揭示了矽藻Cylindrotheca closterium 的新陳代謝。研究人員利用從TARA 海洋考察隊獲得的全球基因表現數據對基因組尺度代謝模型進行了約束。研究人員認為，這是首次在全球範圍內使用基因組尺度模型。

研究小組的新陳代謝建模數據支持了最近的實驗室實驗，這些實驗表明，一些矽藻可能依靠光合作用以外的策略來攝取它們生存、繁殖和累積生物量所需的碳。

加州大學聖地牙哥分校領導的研究小組正在擴大計畫範圍，以確定這種非光合活動在其他矽藻物種中的廣泛程度。

研究團隊研究了海洋水樣本中測量到的物理和化學參數，包括溫度、pH 值、鹽度、光照、氮和碳的可用性，但沒有發現這些參數與矽藻傾向於放棄光合作用策略之間有任何關聯。

然而，在研究海洋水樣本中與矽藻Cylindrotheca closterium共存的特定細菌族群時，研究團隊發現了一個明確的訊號。這項發現暗示了細菌與矽藻之間的相互作用，這種相互作用推動了光合作用與直接消耗有機碳的同時進行，這種現象稱為「混合營養」。

研究團隊認為，特定的細菌可能直接為矽藻提供食物，幫助這些矽藻成為地球上最成功、最重要的微生物之一，包括氧氣生產、碳固存，以及支撐海洋中幾乎所有生命的食物網的基礎。

“矽藻是海洋食物鏈的主要貢獻者，也是全球碳循環的關鍵驅動力。以前，我們在估算所有碳循環模型時，都假定矽藻的唯一作用是固定二氧化碳。我們的研究結果表明，事實並非如此，矽藻同時也吃有機碳。學院微生物組創新中心研究員卡斯滕-曾格勒（Karsten Zengler）表示：「我們相信，這些結果將對我們了解全球碳循環產生重大影響。雖然在實驗室中已經觀察到矽藻偏離光合作用的奇特現象，但一直無法測試這些矽藻在海洋中進行什麼樣的新陳代謝–直到現在。 。

研究小組希望這項工作能激發人們的興趣，讓我們更仔細地了解全球碳循環，同時考慮到對海洋矽藻如何獲得碳的這一新的更廣泛的了解。

餵養矽藻的細菌從這種關係中得到了什麼，這是另一個有待進一步研究的問題。

編譯自/ ScitechDaily