这项由迈阿密大学前研究生Anthony Bonacolta领导的研究表明，肠道细菌与海洋鱼类协同产生碳酸钙，这种矿物在海洋化学和海洋碳循环中发挥着重要作用。这些发现指出了一种此前被忽视的伙伴关系，这种关系可能会影响海洋储存碳和维持整体健康的方式。
研究人员长期以来一直认为这种矿物的生成主要由鱼类自身控制。这项新研究表明，生活在鱼肠内的微生物也可能是该过程的重要参与者。
鱼类与微生物的协同作用
被称为真骨鱼类的硬骨鱼不断饮用海水以维持适当的水分平衡。当它们处理这些海水时，多余的钙离子和碳酸根离子会从体内排出，并以被称为鱼碳酸盐（ichthyocarbonates）的固体碳酸钙颗粒形式释放。
该研究的资深作者之一、鱼类学Maytag教授兼海洋生物学与生态学系主任Martin Grosell表示：“这项工作表明，肠道微生物组在鱼类生物学和全球海洋营养循环中可能发挥着更广泛的作用。此前被认为仅由鱼类驱动的过程，实际上可能反映了鱼类与其肠道微生物群落之间的密切共生关系。”
在不同盐度条件下测试鱼类
为了研究这一过程，研究人员利用海湾蟾鱼（Gulf toadfish）进行了实验室实验，将其暴露于不同盐浓度的水中。这些鱼分别被饲养在半咸水（9 ppt）、正常海水（35 ppt）和超咸水（60 ppt）环境中。
科学家希望确定盐度如何影响鱼碳酸盐的生成，已知当鱼类通过正常的渗透调节适应更咸的条件时，这种生成量会增加。
结果显示出明显差异。生活在低盐度水中的鱼没有产生鱼碳酸盐。饲养在海水中的鱼确实产生了鱼碳酸盐，而在超咸水环境中，其产量进一步增加。
来自鱼类肠道微生物组的证据
研究团队从鱼肠的多个区域、鱼碳酸盐本身以及周围水域收集了样本。
DNA和RNA分析使科学家能够检查生活在鱼体内的微生物群落，以及鱼类和相关微生物的基因活动模式。基因测序用于识别存在的微生物，而基因表达研究有助于揭示与碳酸钙形成相关的潜在生物学功能。
研究人员发现，弧菌，特别是Photobacterium damselae subsp. damselae（美人鱼发光杆菌杀鱼亚种），在肠道和鱼碳酸盐中均大量存在。基因证据表明，这些细菌具备与鱼碳酸盐生成相关的能力，表明它们可能与鱼类宿主一起直接参与矿物的形成。
对海洋健康和碳循环的影响
这一发现突显了微生物如何影响大规模的环境过程。
Grosell说：“地球上的大多数生命都是微生物，它们驱动着营养循环和生态系统功能，并通过共生关系揭示了生物多样性的新维度。海洋中这类伙伴关系尤为丰富，而可能与碳酸钙生成有关的蟾鱼-弧菌共生关系就是一个引人注目的新例子。”
这些发现为海洋动物、其微生物组以及帮助调节海洋化学和碳储存的全球过程之间的联系提供了新见解。
该研究得到了迈阿密大学的启动资金以及由西班牙科学、创新与大学部资助的PID2023-152522NB-I00项目的支持。