微小的海洋生物會被洋流運送到更深的水域
研究人員發現，微小的海洋生物被稱為侵入流的洋流運送到更深的水域，在海洋生態系統中發揮重要作用。這些發現挑戰了碳傳輸的傳統觀點，揭示了這些侵入流不僅傳輸碳，還傳輸以碳為食的微生物。 在亞熱帶海洋中常年觀測到的這個過程也可能影響未來氣候變遷對海洋碳儲存的影響。
研究人員對生物群落進行了採樣，發現入侵對碳輸出的貢獻很大。 圖片來源：Kara Perilli，WHOI 創意工作室
洋流與微生物遷移
浮游植物和細菌等微小生物被暗流從陽光照射的海面捲入更深、更暗的海洋深處，在影響海洋化學和生態系統方面發揮重要作用。
這是發表在《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上的最新研究成果，該研究於2017年至2019年期間在地中海亞熱帶地區進行了三次考察航行。 研究發現，一些微小的單細胞生物由於浮力過大而無法沉入大約100公尺以外的水域，它們被帶到了更深的水域，那裡缺少陽光，它們無法進行生長、生活和進食所需的光合作用。
Alliance 號科考船放下CTD 羅盤，對海面下的生物群落進行採樣。 背景是研究船SOCIB。 圖片來源：Kausalya Mahadevan
布朗大學應用數學系和地球、環境與行星科學系助理教授瑪拉-弗雷里奇（Mara Freilich）說：”我們發現，由於這些生物非常小，它們會被洋流捲起，然後被帶到比它們生長的地方更深的地方，對這些生物來說，這通常是一次單程旅行，但透過這次旅行，它們在連接海洋的不同部分方面發揮了至關重要的作用。和伍茲霍爾海洋研究所（Woods Hole Oceanographic Institution）聯合計畫的博士生。
弗賴利奇在攻讀博士學位期間，與伍茲霍爾的資深科學家阿馬拉-馬哈德萬（Amala Mahadevan）一起，與海洋生物實驗室的資深科學家亞歷山德拉-沃頓（Alexandra Z . Worden）及其團隊密切合作，並進行了這項研究。
碳傳輸和海洋入侵
研究團隊發現的洋流被稱為侵入流，透過捲起微小的生物，它們有助於改變海洋深層的食物種類，同時也能從水面輸送大量的碳。 這有助於為海洋食物鏈中的其他生物提供食物，增加深層生態系統的複雜性，影響水下生命和化學的運作方式。
總之，這項研究挑戰了人們對碳如何被輸送到深海的傳統認識，而碳是透過光合作用在海洋的陽光層轉化為有機物的。
「大部分光合作用–透過光合作用將光轉化為有機碳–生物體的食物來源–都發生在海洋的上層50 公尺處，因此問題一直存在： 透過光合作用固定的碳是如何進入深海的？ “弗賴利希說。 「富碳顆粒的下沉一直被認為是這個問題的唯一答案。但我們發現，微小的單細胞生物會被捲入洋流，形成侵入體……這種侵入體是亞熱帶海洋的重要特徵–它們在橫向延伸數十公里的同時，也在縱向下降數百米，帶來細胞和碳。
研究人員發現，入侵全年都會發生，而且源自於生物量豐富的區域，包括植物類生物最密集的地方。 以前，人們認為洋流只是季節性地將碳帶入深海。 研究人員認為，這些侵入點廣泛存在於世界亞熱帶海洋中。 它們為碳和氧化物從陽光照射的海洋向深海的持續輸送提供了通道。
深海微生物動態
「我們觀察到的微生物群落與200 公尺以下的表層微生物群落一模一樣，」弗賴利奇說。 “在其他地區，我們認為這可能更深。令我們驚訝的是，我們發現侵入層中的大部分微生物都是以光合作用細胞固定的碳為食的細菌。 這表明，從陽光層中運來的生物質大部分是非光合微生物。
作為美國、西班牙和義大利之間的合作項目，科學家們三次前往亞熱帶地中海進行研究。 他們使用特殊工具測量水溫、鹽度和不同深度的微小生物數量等特性。 這些分析是與海洋生物實驗室的微生物生態學家亞歷山德拉-沃頓（Alexandra Worden）合作進行的，有助於顯示入侵樣本與背景水域之間的差異。 看到較深的入侵樣本中的微生物群落與地表微生物群落相似，表明它們被帶到了深海。 研究人員還使用電腦模型模擬洋流，以揭示微小植物和細菌群落如何在水中移動。
Worden說：”地中海的有力數據證明，這種三維導管過程是將表層微生物帶入溫暖水域暗海的一種機制，因此我們能夠在主要的開闊洋區域看到類似的輸出痕跡。”
除了強調侵入點在塑造海洋生物多樣性方面的生態重要性之外，這項研究還涉及侵入點如何受到氣候變遷的影響。 人們認為，隨著地球海洋變暖，微小細胞中的碳比例會增加，而侵入體中的傳輸可能不會像其他將碳帶入深海的機制那樣受到影響。 入侵改變了我們對碳如何在海洋中移動的理解，並有助於調節深海的碳儲存和微生物動態。
對未來氣候研究的影響
弗賴利奇說：「既然我們已經發現了這一點，那麼還有很多東西需要探索。接下來我們要做的就是利用我們在這裡學到的知識，確定我們是否可以利用這些知識來預測微生物群落組成的變化會如何影響碳的運輸以及氣候變遷下的全球碳循環。
編譯自/ SciTechDaily