南极微生物揭示了气候对海洋生态系统的影响

南极洲周围海域的细菌和其他单细胞微生物受到水温和海冰量的强烈影响。在南极半岛西部海岸进行的协调测量表明了这一点

NIOZ计算微生物学家Julia Engelmann博士说：“即使在半岛上相距仅400公里的两个地方——在海洋学尺度上相距很短——我们也发现微生物的组成和相对丰度存在显著差异。这些差异似乎与当地气候的差异有关。”

由NIOZ领导的一个国际科学家团队的这项研究结果发表在《环境微生物组》杂志上

这项研究首次整合了细菌和微生物真核生物（统称为“微生物”的小生物，包括浮游植物）的数据。在两个南极研究站同时并在所有季节采集样本

在协同努力下，来自NIOZ、美国合作大学和英国南极调查局的研究人员于2013年7月至2014年4月在Rothera的英国南极研究站长期生态监测站以及位于北部400公里的帕尔默研究站附近收集了水样。样本不仅是同时采集的，而且使用了相同的方法和方案来实现最佳的可比性

通过DNA序列分析，研究人员确定了海水中存在哪些细菌、原生生物、浮游植物和其他单细胞生物。此外，他们还预测了微生物的相互作用和群落结构——谁吃谁--采用特殊的统计方法

微生物主导着海洋生物

南极半岛西部的变暖速度高于全球平均水平，在过去几十年中出现了前所未有的热浪和海冰损失，区域变化很大。在帕尔默周围的水域，近年来海冰的数量大幅减少，因为那里的气温上升速度比罗瑟拉海岸快

恩格尔曼说，这些不同的条件会影响微生物群落的组成。“在较温暖的帕尔默遗址，细菌通过与其他微生物相互作用影响微生物群落结构，而在Rothera，情况正好相反。在那里，微生物真核生物是群落结构和动态的更强驱动力。”。随着细菌的增多和浮游植物的减少，营养物质更有可能留在微生物回路中，使磷虾、鱼类以及最终的哺乳动物和鸟类等高等生物更难获得

Engelmann解释说：“这些发现对理解和预测微生物生态系统对气候变化的反应具有重大意义，因此对广大研究人员乃至整个人类都有意义。”

“以总质量衡量，海洋中的微生物数量大约是所有海洋动物总和的三倍。气候变化引起的南大洋微生物食物网的变化将对全球食物网产生深远影响，因为南大洋在生产和回收养活全球海洋生物的有机材料方面发挥着至关重要的作用。“

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将微生物纳入气候模型

最终，Engelmann希望微生物群落数据能够进入气候和海洋模型。”微生物食物网是复杂的，细菌和微生物真核生物具有不同的功能，这些群体之间有很多相互作用，但也与包括动物在内的较大生物有很多相互影响。目前，很难预测气候变化对微生物生产力的影响

“我们的研究为了解南极沿海生态系统中微生物群落的复杂性提供了关键的基线数据，但在将它们纳入气候和海洋模型之前，我们需要更多的数据和对海洋微生物群落的更好理解。但我相信，这将使我们的模型更加准确，也有助于制定保护策略。”

长期测量

2013年至2014年的测量是首次对南极沿海所有季节的细菌和微生物真核生物进行全面分析。恩格尔曼希望接下来能进行更多的测量。“现在，我们根据两个地点的气候差异得出了结论。我们已经准备好了2018-2019年和2022年的样本。随着时间的推移，我们收集的这些测量数据越多，我们就越能了解南极海洋微生物群落、它们的相互作用和对气候变化的敏感性

“与此同时，南极洲的采样在后勤上具有挑战性、艰巨性和昂贵性。因此，与英国南极调查局和在帕尔默站及其母校工作的美国同事等国际合作至关重要。”