海底沉积物的秘密，揭秘硫酸盐还原如何影响海洋生物地球化学

海底是一个广阔而充满活力的领域，充满了微生物，它们在全球生物地球化学循环中发挥着至关重要的作用。硫酸盐还原是一种由微生物介导的过程，是发生在海洋沉积物中的一个关键过程。但硫酸盐是如何分布在这些沉积物中的，它们被还原的效率如何？一项研究深入探讨了这个话题，揭示了地球化学和微生物活动之间令人着迷的相互作用。

最近的研究揭示了海洋沉积物中硫酸盐分布和还原的复杂性，强调了全球估计中的潜在偏差，并指出仅依靠深海钻探计划的数据可能会低估硫酸盐还原率的真实程度，这强调了在不同海洋环境中进行更全面的数据收集的必要性。

研究发现，最令人惊讶的现象，半数硫酸盐剖面呈上凹形状，这一发现挑战了长期以来的信念，即活性硫酸盐还原总是导致剖面下凹。重力取芯获得的硫酸盐剖面与国际海洋发现计划(IODP)取芯获得的硫酸盐剖面之间存在显著差异，与IODP取芯相比，重力取芯显示硫酸盐通量更高，硫酸盐渗透深度更浅，凸显了方法偏差的可能性。根据35S 放射性示踪剂测量的估计，异化硫酸盐还原作用使全球有机碳氧化77 Tmol yr ^ -1 ，比基于IODP数据的最新数据高出3至4倍，

研究结果表明，目前的海洋沉积物硫酸盐还原模型，以及全球生物地球化学循环模型，可能需要重新审视和调整，以适应新数据。这可能对我们理解碳循环和气候变化预测产生深远影响。

参考文献：Bo Barker Jørgensen a,Matthias Egger b,Donald E. Canfield c， Sulfate distribution and sulfate reduction in global marine sediments.  Geochimica et Cosmochimica Acta，doi.org/10.1016/j.gca.2023.11.015

一、海洋沉积物硫酸盐还原有什么作用？

在海洋沉积物中，硫酸盐还原是分解有机物的主要过程之一。硫酸盐还原细菌利用硫酸盐作为电子受体，分解有机化合物并产生硫化氢作为副产品。硫酸盐还原的副产品（例如硫化氢）可以在沉积物中留下独特的地球化学特征，这些特征为古环境研究提供了宝贵的信息，有助于科学家了解过去的海洋状况和气候变化。还原过程释放出氮和磷等海洋生物所必需的营养物，这些营养物被循环回水体，支持初级生产力和海洋生态系统。​​​

硫酸盐还原对全球碳循环有重大贡献。它有助于有机碳的氧化，将其转化为二氧化碳( CO2 ) ，然后可以循环回海洋大气系统。这​​一过程影响全球碳平衡并影响气候变化。

硫酸盐还原在沉积物中产生陡峭的化学梯度，影响各种微生物群落的分布和活动。这种微生物多样性对于海洋生态系统的整体健康和功能至关重要。

本质上，海洋沉积物中的硫酸盐还原是一个基本过程，它推动有机物分解，支持营养循环，维持微生物多样性，并在全球碳循环中发挥关键作用。

二、参与硫酸盐还原的微生物有哪些类型，它们的代谢途径如何影响周围环境？

硫酸盐还原微生物（SRM）主要由硫酸盐还原细菌（SRB）和硫酸盐还原古菌（SRA）组成 这些微生物在全球硫和碳循环中发挥着至关重要的作用，它们利用硫酸盐作为终端电子受体进行无氧呼吸，将其还原为硫化氢( H₂S )。

• 硫酸盐还原菌(SRB)：这些是一类多样化的厌氧细菌，常见的属包括脱硫弧菌属（Desulfovibrio）、脱硫弧菌属（Desulfotomaculum）、脱硫弧菌属（Desulfococcus）等，可在各种环境中找到，包括海洋沉积物、淡水沉积物和废水处理系统一些著名的属包括脱硫弧菌属、脱硫肠状菌属和脱硫孢子菌属。
• 硫酸盐还原古菌(SRA)：这些菌不太常见，通常生活在极端环境中，如高温、高盐或高压环境，与细菌相比具有独特的代谢途径。它们在硫酸盐还原中发挥重要作用。

SRB的代谢途径主要包括有机物氧化、电子传递、硫酸盐还原几个步骤：

• 有机物氧化： SRB利用有机物作为电子供体，将其氧化产生电子。
• 电子传递： 电子通过电子传递链传递到硫酸盐上。
• 硫酸盐还原： 硫酸盐在酶的作用下被还原为硫化氢（H₂S）。

异化硫酸盐还原主要的代谢途径，其中SRM使用硫酸盐作为终端电子受体来氧化有机化合物，产生硫化氢作为副产品​​.该过程对于缺氧环境中有机物的分解至关重要​​​。SRM氧化各种有机化合物，如碳水化合物、有机酸、醇类和碳氢化合物，以获取能量.该过程有助于有机物的矿化和海洋生态系统营养物质的循环​​​。一些SRM可以在其代谢过程中产生氢气作为副产品，这些氢气可以被厌氧食物链中的其他微生物（如产甲烷菌）利用。某些SRM具有氮固定、同化硝酸盐/亚硝酸盐还原和羟胺还原为一氧化二氮的基因，有助于海洋沉积物中的氮循环。一些SRM具有可应对氧化应激的基因，使它们能够在氧气水平波动的环境中生存。

SRM的代谢活动具有重大的环境影响，硫化氢的生成可导致生物硫化物矿物的形成，并影响沉积物的地球化学性质​​​​。通过氧化有机碳，SRM在全球碳循环中发挥着至关重要的作用，影响碳封存和温室气体排放。SRM的代谢活动在沉积物中产生化学梯度，支持多样化的微生物群落并促进海洋生态系统的整体健康。当然，

综上所述，硫酸盐还原微生物是硫和碳的生物地球化学循环中不可或缺的参与者，其代谢途径对周围环境有着深远的影响。它们的活动支持海洋沉积物中的营养循环、有机物分解和微生物多样性。

三、思考

SRB 如何与海洋沉积物中的其他微生物群落（例如产甲烷菌、硝化细菌）相互作用，以及这些相互作用如何影响生物地球化学循环？SRB 在海洋聚集体的形成和稳定中起着什么作用，以及这对碳封存有何影响？

不断变化的环境条件（例如海洋酸化、变暖、营养物富集）如何影响 SRB 群落的多样性和活性？SRB在海洋天然气水合物形成中起着什么作用？它对气候变化有何潜在影响？

能否利用 SRB 进行生物修复，比如从受污染的沉积物中去除重金属或有机污染物？我们如何优化条件来增强 SRB 活性以用于生物修复应用？

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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