海洋缺氧，低氧阈值以下的微生物碳氧化如何影响我们的海洋

海洋的健康与海水中氧气含量密切相关，随着全球气候变暖导致海洋温度升高和分层加剧，海洋氧气含量随之下降，海洋缺氧区范围也在不断扩大，这对海洋生态环境造成重大影响。一项新的研究为了缺氧环境与微生物碳氧化情况，为理解海洋脱氧对碳循环和微生物群落的影响提供了新的见解。

海洋缺氧与微生物氧化

由于全球气候变化导致海洋温度升高和分层，全球海洋含氧量正在下降，通常认为氧气浓度下降到20μM以下就认为是海洋缺氧状态，氧气浓度下降到5μM无氧状态，但海水中很少达到这种无氧的海水状态。目前，缺氧状态的海域范围占世界海洋体积不到 1%，但有研究预计在未来一个世纪全球平均海洋氧储量每减少 1%，缺氧状态的海域范围就会翻一番，海洋缺氧范围的扩张也会导致海洋生物多样性的急剧变化。

有机碳输出的质量和数量被认为是控制海洋溶解氧消耗的根本因素，但这种控制并不是唯一的，当溶解氧下降到 nM 浓度时，氧气利用率可能会减慢，从而起到负反馈的作用，限制了缺氧区的形成。

此外，虽然海洋生物呼吸会消耗海洋中的溶解氧，但是奇怪的是，缺氧状态的海域范围仅限于海洋的 1% 以下，表明存在某些外部因素阻碍了微生物对可用溶解氧的充分利用。

新的研究发现

研究提出了一个缺氧屏障假说，在氧气下降的生态系统中，加氧酶的活性早在呼吸之前就已受到氧气限制。为了验证缺氧屏障假说，研究人员通过控制溶解氧浓度，模拟不同氧条件下的海洋环境，实验设置缺氧组和富氧组进行对比实验。

研究发现，缺氧组的总氧气利用量在实验的前43天比富氧组低21.7%，在恢复富氧条件后，缺氧组的总氧气利用量加速，表明氧化过程对溶解氧浓度敏感。在两组实验中，总有机碳均显著下降，均从690μM下降到约161 μM，表明缺氧对总有机碳的矿化没有显著影响。此外，微生物群落在缺氧和富氧条件下显著分化。

通过实验结果，验证了缺氧屏障假说，表明在缺氧条件下，氧化酶的活性受到限制，减缓了有机碳的氧化过程。

该研究揭示了缺氧条件下微生物碳氧化的动力学机制，为理解海洋脱氧对碳循环和微生物群落的影响提供了新的见解。研究结果还强调了在气候变化的背景下，海洋氧含量下降可能对海洋生态系统和全球碳循环产生深远影响。

思考

海洋缺氧区的扩展对微生物碳氧化作用的长期影响是什么？

参考文献：Sarah Wolf, Clare Jayawickrama, Craig A. Carlson, Curtis Deutsch, Edward W. Davis II, Benjamin N. Daniels, Francis Chan & Stephen J. Giovannoni，Microbial carbon oxidation in seawater below the hypoxic threshold.  Scientific Reports volume 15, Article number: 2838 (2025)，doi.s41598-024-82438-z