深海海底是地球上探索最少的生態(tài)系統(tǒng)，盡管它覆蓋了地球表面的60%以上。深海沉積物中大量未知的生命，從底棲動(dòng)物到微生物，幫助回收或封存來自浮游生物群落的沉降(非)有機(jī)物，而浮游生物在數(shù)量上占主導(dǎo)地位。因此，底棲生態(tài)系統(tǒng)支撐著對地球具有重要意義的兩大生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)：海洋食物網(wǎng)的健康運(yùn)作和地質(zhì)時(shí)間尺度上的碳埋藏，這兩者都是地球氣候的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器。
來自挪威研究中心(NORCE)、Bjerknes氣候研究中心、日內(nèi)瓦大學(xué)以及法國的CNRS/Genoscope和IFREMER的研究人員對所有主要大洋盆地的深海沉積物中的真核生物DNA進(jìn)行了大規(guī)模測序，并將這些新數(shù)據(jù)與Tara Oceans和Malaspina環(huán)形全球考察隊(duì)獲得的現(xiàn)有全球規(guī)模浮游生物數(shù)據(jù)集進(jìn)行對比。這提供了從表層到深海沉積物的整個(gè)海洋真核生物多樣性的第一個(gè)統(tǒng)一視野，使海洋生態(tài)問題首次在全球范圍內(nèi)和在海洋的三維空間中得到解決，代表了向 “一個(gè)海洋生態(tài)學(xué)”邁出的重要一步。
NORCE和挪威Bjerknes氣候研究中心的研究員、該研究的主要作者Tristan Cordier說：“有了全世界從表面到深海海底的近1700個(gè)樣本和20億條DNA序列，高通量環(huán)境基因組學(xué)極大地?cái)U(kuò)展了我們研究和了解深海生物多樣性、其與上面水體的聯(lián)系以及全球碳循環(huán)的能力。”
什么東西生活在這個(gè)黑暗和惡劣的環(huán)境中?
通過比較沉積物的DNA序列和來自遠(yuǎn)洋領(lǐng)域的DNA序列，有可能將本地的底棲生物與從上層水柱到達(dá)海底的沉浮物區(qū)分開來。結(jié)果表明，這種底棲生物的多樣性可能比上面的水體大三倍;而且這種多樣性是由非常不同的分類群組成的，這些分類群大多是未知的。
“我們將我們的深海底棲動(dòng)物DNA序列與所有已知真核生物的參考序列進(jìn)行了比較。我們的數(shù)據(jù)表明，近三分之二的底棲生物多樣性不能歸入任何已知的組別，揭示了我們在海洋生物多樣性知識方面的一個(gè)重大空白，”日內(nèi)瓦大學(xué)遺傳學(xué)和進(jìn)化系以及位于索波特的波蘭科學(xué)院海洋學(xué)研究所的教授Jan Pawlowski說。
深海沉積物中的浮游生物DNA能告訴我們什么?
對深海沉積物中浮游生物DNA的豐度和組成的分析證實(shí)，極地地區(qū)是碳封存的熱點(diǎn)地區(qū)。此外，沉積物中浮游生物DNA的組成預(yù)測了生物泵的強(qiáng)度變化，這是一個(gè)將大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)移到深海的生態(tài)系統(tǒng)過程，從而調(diào)節(jié)了全球氣候。
法國羅斯科夫國家科學(xué)研究中心的研究員Colomban de Vargas說：“我們第一次可以了解浮游生物群落的哪些成員對生物泵貢獻(xiàn)最大，這可以說是海洋中最基本的生態(tài)系統(tǒng)過程。”
深海將如何受到全球變化的影響?
這個(gè)基因組數(shù)據(jù)集代表了現(xiàn)代海洋中整個(gè)真核生物多樣性的第一個(gè)一致快照。它提供了一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，從累積的沉積物記錄中包含的DNA來重建古代海洋，以評估氣候在過去如何影響浮游生物和底棲生物群落。
“我們的數(shù)據(jù)不僅可以解決關(guān)于海洋真核生物的生物多樣性、生物地理學(xué)和連接性的全球規(guī)模問題。它還可以作為一個(gè)基礎(chǔ)，從古代沉積DNA檔案中重建生物泵過去的功能。然后，它將為其在更溫暖的海洋中的未來力量提供信息，這對于模擬氣候變化下的未來碳循環(huán)是很關(guān)鍵的，”Tristan Cordier解釋說。
“我們的研究進(jìn)一步表明，深海生物多樣性的研究是極其重要的。大量未知的生物棲息在海底沉積物中，并且一定在生態(tài)和生物地球化學(xué)過程中發(fā)揮著基本作用。如果我們要保護(hù)這些巨大的、相對原始的生態(tài)系統(tǒng)不受未來可能的人類入侵的影響，并了解氣候變化對它的影響，更好地了解這種豐富的多樣性是至關(guān)重要的。”南安普頓國家海洋學(xué)中心的名譽(yù)研究員Andrew J. Gooday總結(jié)道，他也參與了這項(xiàng)研究。
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