鲸鱼排泄物，如何提高铁的利用率并降低海洋中的铜毒性

近日一项新的研究吸人了人们的眼球，研究人员深入研究了鲸鱼排泄物在塑造海洋化学方面经常被忽视的生态作用，研究表明，鲸鱼排泄物中的有机配体可以在促进铁的生物利用度和降低海洋环境中铜的毒性方面发挥关键作用，这项研究强调了海洋哺乳动物，特别是鲸鱼，对海洋生态系统健康的深远影响。

有机配体在海洋化学中的作用

有机配体是天然存在的分子，能够与金属离子结合，形成复合物，从而改变这些金属在水环境中的化学行为，这些配体对于控制海洋生态系统中必需金属的溶解度、运输和生物利用度至关重要。这项研究集中于两种主要金属：铁和铜，它们都在海洋生物地球化学中发挥着重要作用。

铁是海洋浮游植物的重要营养物质，而浮游植物是海洋初级生产的主要来源。尽管铁非常重要，但其在表层海水中的供应量往往有限，主要是因为铁往往会从溶液中沉淀出来，无法被生物利用。浮游植物需要溶解的铁来产生叶绿素并进行光合作用，这使得铁成为维持海洋食物网的关键营养物质。

虽然铜也是一种必需的微量元素，在电子传递等细胞过程中发挥着关键作用，但高浓度的铜会对海洋生物产生毒性。铜毒性会破坏酶的功能，抑制浮游植物的光合作用，并损害海洋生物的鳃，导致生物多样性和生态系统健康的下降。因此，控制海洋中的铜浓度对于维持海洋生物的平衡至关重要。

有机配体（例如铁载体）是由海洋微生物产生的，有助于溶解和运输铁，这些配体与铁离子结合，防止铁沉淀出来，并将金属保持在浮游植物可生物利用的形式。通过与铁形成稳定的复合物，这些有机配体促进海洋生物吸收铁，最终支持整个海洋食物链的生产力。

而有机配体与铜的关系则通过与铜离子结合，从而降低水中游离、未络合铜的浓度，有助于减轻铜的毒性，这些配体-金属复合物可防止铜以有害的方式与生物系统相互作用。

新的研究发现

鲸鱼的觅食行为包括潜入深海捕食营养丰富的猎物，这导致营养物质从深海循环到海面。这种营养物质的垂直运动有助于支持海洋表面的初级生产，为长期的海洋施肥提供机制。一项新的研究，也凸显了鲸鱼排泄物对营养循环的贡献。

研究人员测量了五头须鲸粪便样本中溶解的铁和铜的高浓度，并表征了微摩尔水平的有机金属结合配体作为其可用性的代表。

研究发现，鲸鱼粪便中存在大量有机配体，这些配体可以结合铁，促进海洋生物对铁的利用。铁配体池由弱结合配体和中等结合配体组成，这增强了铁的稳定性和潜在的生物利用度。相比之下，47种新型强结合金属载体主导了铜结合，从而降低了其潜在毒性。

研究结果表明，鲸鱼粪便在维持海洋缺铁地区初级生产力方面的重要性。研究强调了捕鲸活动使这一机制减少了90%以上，导致显著的生物地球化学反馈，改变了海洋的初级生产力和碳封存过程。

对海洋健康和气候变化的更广泛影响

这些发现的影响深远，特别是在海洋健康和气候变化方面。鲸鱼排泄物中的有机配体提供的铁含量增加，可能对全球初级生产力和碳封存产生重大影响。浮游植物在海洋碳泵中起着至关重要的作用，在光合作用过程中吸收二氧化碳并将其输出到深海。通过促进浮游植物的生长，鲸鱼排泄物可以帮助提高海洋在缓解气候变化方面的作用效率。

此外，控制海洋中的铜毒性可能对海洋生物多样性产生重要影响。过量的铜会对从浮游植物到鱼类等各种海洋生物造成危害。通过降低铜的毒性，鲸鱼排泄物有助于在人类污染日益增加的情况下维持生态系统健康和生物多样性。

除了生态影响外，这项研究还强调了海洋哺乳动物（尤其是鲸鱼）在维持海洋生态系统健康方面的重要性。鲸鱼在营养循环和海洋化学中的作用凸显了它们更广泛的生态意义，而不仅仅是它们作为魅力十足的巨型动物的地位。

思考

目前尚不清楚不同种类的鲸鱼（它们有不同的饮食和生态角色）是否会向海洋中释放不同类型或数量的有机配体。不同种类的鲸鱼排泄物对铁和铜的生物利用度的影响如何比较？

虽然研究表明鲸鱼排泄物可以提高铁的生物利用度并降低铜的毒性，但这一过程的长期生态后果仍不清楚。鲸鱼种群的变化（由于气候变化、狩猎或保护工作）如何影响海洋健康、生产力和气候调节？

参考文献：Patrick J. Monreal, Matthew S. Savoca, Lydia Babcock-Adams, Laura E. Moore, Angel Ruacho, Dylan Hull, Logan J. Pallin, Ross C. Nichols, John Calambokidis, Joseph A. Resing, Ari S. Friedlaender, Jeremy Goldbogen & Randelle M. Bundy ，Organic ligands in whale excrement support iron availability and reduce copper toxicity to the surface ocean. Communications Earth & Environment volume 6, Article number: 20 (2025) ，doi.s43247-024-01965-9

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