适应缺氧“小怪兽”，揭秘海洋深处浮游动物碳循环的秘密

海洋生物在全球碳循环中发挥着至关重要的作用。浮游植物吸收大气中的二氧化碳，并将其封存在有机物中，有机物沉入深海，可以在那里储存很长时间。

研究者们发现，在秘鲁寒流系统中，存在一个大面积的低氧区。以往人们认为，在这个低氧区中，由于缺乏氧气，浮游动物无法有效地消耗下沉的颗粒物，从而促进碳的向下输送，加强了海洋的碳汇功能。然而，这项研究却发现，一些耐低氧的浮游动物能够在低氧环境下存活，并且以下沉的颗粒物为食，从而减少了碳向深海的输送，降低了海洋碳泵的效率。

研究结果挑战了之前盛行的假设，即在氧气含量最低的地区，生物碳泵具有统一的效率。“浮游动物再次证明是调节碳泵的关键因素，”亥姆霍兹基尔海洋研究中心（GEOMAR）恩格尔博士解释道。鉴于他们的发现，作者呼吁大幅增加对深海生态系统的观察和了解，以便对海洋碳循环做出可靠的预测。

参考文献：Anja Engel, Carolina Cisternas-Novoa, Helena Hauss, Rainer Kiko, Frédéric A. C. Le Moigne. Hypoxia-tolerant zooplankton may reduce biological carbon pump efficiency in the Humboldt current system off Peru. Communications Earth & Environment, 2023; 4 (1) DOI: 10.1038/s43247-023-01140-6

一、海洋中的浮游动物有什么作用？

海洋中的浮游动物在海洋生态系统中扮演着至关重要的角色，它们的作用远比你想象的要广泛。

1. 海洋食物链的基础：

• 初级生产者的消费者： 浮游动物以浮游植物为食，将太阳能转化成的有机物传递给更高营养级的生物，如鱼类、海鸟、鲸类等。
• 食物链的枢纽： 浮游动物是连接浮游植物和大型海洋生物的纽带，如果没有浮游动物，整个海洋食物链就会崩溃。

2. 海洋碳循环的重要参与者：

• 生物泵： 浮游动物在摄食浮游植物的过程中，将碳从海洋表面带到深海，这一过程被称为“生物泵”。
• 碳封存： 一部分被浮游动物摄入的碳会随着它们的死亡和沉降被长期封存起来，有助于减缓气候变化。

3. 海洋生态系统的调节者：

• 物质循环： 浮游动物通过摄食、排泄和死亡，参与海洋中各种物质的循环，如氮、磷等营养盐。
• 能量流动： 浮游动物将能量从一个营养级传递到另一个营养级，维持海洋生态系统的能量流动。

4. 海洋环境的指示生物：

• 水质监测： 某些浮游动物对水质变化非常敏感，可以作为水质监测的指示生物。
• 气候变化的指示： 浮游动物的种类和数量会随着气候变化而发生变化，可以用来监测气候变化对海洋生态系统的影响。

总的来说，浮游动物是海洋生态系统中不可或缺的一环。 它们不仅是海洋食物链的基础，还参与了海洋碳循环、物质循环和能量流动，对维持海洋生态系统的平衡起着重要作用。

二、为什么低氧环境会影响海洋碳循环？

低氧环境对海洋碳循环的影响是相当复杂的，低氧环境会通过减少有机碳的向深海输送、增加海洋上层二氧化碳的释放、改变海洋营养盐循环、加剧海洋酸化等影响海洋碳循环。

1、生物泵效率降低：

• 浮游生物数量减少： 许多浮游生物对氧气需求量较高，低氧环境会直接导致浮游生物数量减少，甚至死亡。这会减少海洋表层有机物的生产量，从而降低通过生物泵将碳输送到深海的速度。
• 有机物分解速率加快： 在低氧环境下，微生物的呼吸作用会发生改变，它们更容易分解有机物，产生大量的二氧化碳。这会导致更多的碳在海洋上层释放出来，而不是被输送到深海。
• 有机物降解产物改变： 低氧环境下，有机物的降解产物可能产生一些对海洋环境有害的物质，例如甲烷，这些物质会进一步影响海洋生态系统和碳循环。

2、营养盐循环改变：

• 营养盐释放增加： 低氧环境下，有机物的分解会释放出大量的营养盐，这些营养盐可能会导致藻类大量繁殖，形成赤潮等现象。
• 营养盐利用效率降低： 低氧环境下，许多微生物的代谢活动受到抑制，导致营养盐的利用效率降低，从而影响海洋初级生产力。

3、海洋酸化加剧：

• 二氧化碳溶解增加： 低氧环境下，海水对二氧化碳的吸收能力增强，导致海洋酸化加剧。海洋酸化会影响海洋生物的生长和发育，进而影响整个海洋生态系统。

三、耐低氧浮游动物是如何影响碳循环的？

耐低氧浮游动物在低氧环境下能够存活并摄食，这使得它们在海洋碳循环中扮演了独特且重要的角色。耐低氧浮游动物的存在降低了有机碳向深海的输送，改变了海洋微生物群落结构和营养盐循环，从而对海洋碳循环产生了深远的影响。

耐低氧浮游动物可以直接摄食下沉的有机颗粒，如死亡的浮游植物和动物尸体等，这些有机颗粒本应沉入深海，被长期封存。摄食的有机物在浮游动物体内被分解，释放出二氧化碳，这些二氧化碳又会返回大气中，减少了碳向深海的输送量。

耐低氧浮游动物在低氧环境下具有竞争优势，它们可以抑制其他对氧气需求更高的浮游生物的生长，从而改变海洋微生物群落结构。不同的微生物群落对有机物的降解速率和方式不同，耐低氧浮游动物的增多可能导致有机物降解速率加快，从而影响碳循环。

耐低氧浮游动物的排泄物和死亡个体可以为其他微生物提供营养盐，加速有机物的分解，从而影响海洋中的营养盐循环。

四、这项研究的意义

这项研究的重要意义在于传统的观点认为低氧区有利于碳的封存，而这项研究表明，耐低氧浮游动物的存在可能削弱了这一过程。 研究揭示了海洋生物多样性对碳循环的重要影响，为我们更好地理解海洋生态系统提供了新的视角。海洋碳循环是调节全球气候的重要机制，这项研究有助于我们更准确地评估海洋在应对气候变化中的作用。

五、思考

耐低氧浮游动物在生理和生化层面是如何适应低氧环境的？这些适应机制是否会影响它们的摄食行为、生长速率和繁殖能力？是否存在特定的基因或蛋白质与耐低氧性相关？

耐低氧浮游动物的增加是否会改变整个食物网的结构和功能？它们与其他浮游生物之间的竞争关系如何？耐低氧浮游动物的增加是否会影响海洋初级生产力？

低氧区的扩大是否会加剧海洋碳泵效率的降低？不同海域的低氧区，耐低氧浮游动物对碳循环的影响是否一致？是否存在其他因素（如营养盐供应、水体分层等）与耐低氧浮游动物共同影响碳循环？

这些有趣的问题旨在激发你的思考，助你更深入地理解，希望能为你带来新的启示和帮助~~~

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