海洋變暖威脅著制造地球近三分之一氧氣的微生物

如果沒有光合作用，地球就不會成為現(xiàn)在這樣生機勃勃的地方，光合作用利用太陽能為地球上的大部分食物網(wǎng)提供燃料。

各種植物、藻類和藍藻提供這項服務(wù)，但很少有人能像原綠球藻 Prochlorococcus，被認為是地球上最豐富的光合作用生物。即使對于藍藻來說也很小，這種海洋微生物在其棲息地及其他地區(qū)擁有巨大的影響力，做出了貢獻近三分之一地球的氧氣生產(chǎn)，并形成食物網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。

不過，根據(jù)一項新的研究，原綠球藻 Prochlorococcus它的許多受益者可能比之前想象的更容易受到海洋溫度上升的影響。

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原綠球藻 Prochlorococcus分布廣泛，棲息在 75% 以上的陽光照射的地表水中。它們在熱帶及其周邊地區(qū)最為普遍，在那里它們很好地適應(yīng)了溫暖、營養(yǎng)貧乏的條件。

“在熱帶近海，水是如此明亮、美麗的藍色，因為除了里面幾乎沒有什么原綠球藻 Prochlorococcus,"說主要作者弗朗索瓦·里巴萊特 （Fran?ois Ribalet），華盛頓大學(xué)海洋學(xué)家。

鑒于這種對熱的親和力，一些專家想原綠球藻 Prochlorococcus可能表現(xiàn)良好作為海洋氣溫持續(xù)上升由于燃燒化石燃料和碳匯損失。

然而，這項新研究提出了質(zhì)疑，表明越熱并不總是越好原綠球藻 Prochlorococcus.

作者報告說，它們的理想范圍是 19 至 28 攝氏度（66 至 82 華氏度），并指出許多熱帶和亞熱帶水域預(yù)計將在 75 年內(nèi)超過該上限。

“很長一段時間以來，科學(xué)家們認為原綠球藻 Prochlorococcus未來會做得很好，但在最溫暖的地區(qū)，它們做得不太好，這意味著海洋食物網(wǎng)的其余部分的碳——食物——將減少，“里巴萊特說.

有關(guān)這些微生物的現(xiàn)有數(shù)據(jù)主要來自實驗室培養(yǎng)的細胞，因此 Ribalet 和他的同事從野生細胞中尋找新數(shù)據(jù)原綠球藻 Prochlorococcus在他們的元素中。

“我有非?；镜膯栴}，”里巴萊特說.“天氣溫暖時，他們快樂嗎？還是天氣暖和的時候他們不高興？

為了找到答案，研究人員分析了 8000 億原綠球藻 Prochlorococcus他們在 13 年的 90 次研究航行中遇到了大小的細胞。

他們用一個流式細胞儀由 Ribalet 共同開發(fā)，專為檢測微小浮游植物而設(shè)計，例如原綠球藻 Prochlorococcus.

研究人員在船上設(shè)備中使用激光測量微生物，然后應(yīng)用基于既定估計方法的統(tǒng)計模型原綠球藻 Prochlorococcus增長，所有這些都對他們的主題的干擾最小。

細胞分裂率因緯度而異，作者將其與水溫的變化聯(lián)系起來，而不是與陽光或營養(yǎng)物質(zhì)的變化有關(guān)。

微生物在相對溫暖的水中（19 至 28 °C）處于最佳狀態(tài)，但在高于該范圍時卻具有令人驚訝的難度。

細胞分裂在溫度超過約 30 °C 的水中減慢到爬行，在耐受范圍的低端降至水中記錄速率的三分之一。

“他們的倦怠溫度比我們想象的要低得多，”里巴萊特說.

熱帶海洋由于溫暖而營養(yǎng)匱乏，這限制了來自深層水域的營養(yǎng)物質(zhì)的向上循環(huán)。原綠球藻 Prochlorococcus和其他藍藻在一些方面進行了適應(yīng)，包括它們的小體型和它們的基本基因組，這些基因組被剝離為基本要素。

盡管擺脫額外包袱有好處，但這可能會讓微生物失去與壓力反應(yīng)相關(guān)的古老基因，現(xiàn)在可能會限制它們面對壓力反應(yīng)的恢復(fù)能力氣溫迅速上升.

這可能會為聚球菌 Synechococcus，另一個藍藻群在熱帶和亞熱帶地區(qū)占主導(dǎo)地位原綠球藻。

聚球菌 Synechococcus可以處理較溫熱的水，但需要更多的營養(yǎng)。如果它確實利用了未來的任何下跌原綠球藻 Prochlorococcus然而，我們不知道這將如何影響食物網(wǎng)。

“如果聚球菌 Synechococcus接管，其他生物體將能夠以與它們互動的方式與它互動，這并不是理所當然的原綠球藻 Prochlorococcus數(shù)百萬年來，“里巴萊特說.

研究表明，到本世紀末，原綠球藻 Prochlorococcus在溫和變暖的情況下，熱帶地區(qū)的生產(chǎn)力可能會下降 17%，在更嚴重的變暖情況下，生產(chǎn)力可能會下降 51%。在全球范圍內(nèi)，溫和變暖可能會下降 10%，從更極端的情況來看可能會下降 37%。

“他們的地理范圍將向兩極、北部和南部擴大，”里巴萊特說.“它們不會消失，但它們的棲息地會發(fā)生變化?！?/p>

作者指出，這項研究有局限性，包括一種可能掩蓋罕見耐熱菌株的方法。雖然數(shù)據(jù)確實跨越了各個海洋區(qū)域，但許多重要的熱帶地區(qū)仍然被遺漏。

“這是對我們現(xiàn)在擁有的數(shù)據(jù)的最簡單解釋，”Ribalet說.“如果出現(xiàn)耐熱菌株的新證據(jù)，我們將歡迎這一發(fā)現(xiàn)。這將為這些關(guān)鍵生物帶來希望。

該研究發(fā)表在自然微生物學(xué).

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