当这些物质下沉时，它将大量的碳从海洋上层带向海底。研究人员估计，海洋雪每年从表层海水中移除超过100亿吨碳。然而，其中只有约20亿吨能够到达可以让碳封存数百年甚至数千年的深度。
为什么这么多碳无法到达深海，长期以来一直困扰着科学家。如今，加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所和林肯大学的研究人员发现了一个出人意料的重要因素：海洋雪的黏稠程度。
他们的研究结果于10月8日发表在《科学》杂志上，表明海洋雪的黏度（即其浓稠和黏滑程度）会影响细菌将其分解的速度以及它能下沉的距离。据研究人员介绍，最黏稠的颗粒向深海输送的碳量可以达到较稀薄、黏度较低颗粒的六倍以上。
海洋黏液如何帮助储存碳
海洋雪在地球碳循环中扮演着重要角色。碳循环是碳在大气、海洋、陆地和生物体之间的自然流动。通过将碳输送到深水区，下沉的颗粒可以将其中一部分碳与大气隔离数百年甚至更久。
然而，并非每个颗粒都能在旅程中幸存。细菌在海洋雪下沉的过程中以其为食，逐渐分解这些物质，并影响到达海洋深处的碳量。
这项新研究首次详细揭示了活细菌如何与海洋雪以及更广泛意义上的黏液本身的物理结构相互作用。这些相互作用的重要意义远远超出了海洋碳循环的范畴。细菌与黏液之间的类似关系还有助于维持珊瑚礁、海藻林、植物根系系统，以及人类和其他动物的消化系统的健康。
直到最近，科学家们仍然缺乏在理解这些相互作用所需的微观尺度上观察它们的技术。
为期四年的海洋雪内部探索之旅
该项目始于2021年，当时在斯克里普斯海洋研究所从事博士后研究的Bryce Inman开始探索他所称的“黏液景观”。
Inman说：“观察单个细菌与黏液物理结构的相互作用此前从未成为可能。”
Inman与斯克里普斯海洋研究所微生物学家、荣誉教授Farooq Azam等同事一起，花了四年时间试图克服这一限制。在团队最终于2025年开发出一项可行的技术之前，多次尝试都未获成功。
他们的解决方案将3D共聚焦显微镜与特别设计的荧光分子相结合。共聚焦显微镜利用光线捕捉样品不同深度的精细图像，使研究人员能够重建其三维结构。荧光分子则帮助使材料的各种特征变得可见。
科学家们首次能够在观察活细菌如何移动并与之相互作用的同时，检查单个海洋雪颗粒的“物理地形”。
这些图像揭示了一个出人意料地复杂的微观环境，其中的结构差异会影响细菌能在何处定殖，以及它们能多容易地到达颗粒内部的物质。
为什么更黏的海洋雪下沉得更深
与大气中的雪花十分相似，海洋雪颗粒差异很大。每个颗粒都含有自己独特的有机和无机物质混合物，从而在成分、结构和黏度上产生差异。
研究人员的新成像方法（在一篇发表于《自然·通讯》的配套研究中有所描述）揭示，细菌优先在颗粒表面附近黏度较低的区域定殖。
更深处的更致密、更黏稠的区域则让细菌更难穿透。
Inman说：“细菌可以附着在每个颗粒黏度较低的部分，但在将其分解之前无法到达黏度更高的区域。可以把它想象成苹果里的虫子：果肉容易穿透，但果核却很难啃穿。”
这种差异对海洋雪能保持完整多久具有重要影响。
在实验室实验中，科学家们观察到黏度较高的颗粒能更长时间地抵抗细菌的降解和破碎。计算机模拟进一步表明，这些更黏稠的颗粒在解体之前可以下沉到更深的深度。
基于这些结果，研究团队估计，高黏度的海洋雪向深海输送的碳量可以达到低黏度颗粒的六倍以上。
这些发现有助于解释为什么有些下沉物质能将碳比其他颗粒输送得更远，尽管它们都从近表层开始它们的旅程。
Inman说：“海洋雪能下沉多远是一个出人意料地复杂的问题，而我们为这个谜题增添了另一块——非常黏滑的——拼图。”
一项意义超越海洋的发现
尽管这项研究聚焦于海洋雪，但其意义延伸到细菌与黏液相互作用的许多环境中。
黏液通常被认为是一种相对简单的滑溜物质。但新的成像技术揭示，它拥有复杂的内部景观，其中的微观结构可以影响细菌的行为方式。
理解这些物理特征可以帮助科学家研究从人类消化系统健康到受损珊瑚礁修复等各种环境中的生物过程。
该方法还为探索以前无法直接观察的相互作用提供了机会，为研究人员提供了一种研究细菌栖息的微观环境的新途径。
黏液、黏质物，无论你怎么称呼它，“都具有惊人的结构性，”Inman说。“它上面有隆起、裂隙，以及各种我们真正一无所知的结构，其尺度比细菌还小。这是我们第一次真正地审视这个物理栖息地。”
这一发现为科学家理解碳如何在海洋中迁移补上了重要的一块缺失拼图。它还表明，像水下黏液的浓稠度这样看似平凡的事物，也会对地球的自然系统产生深远的影响。
该研究的额外资金由西蒙斯基金会和英国工程与物理科学研究委员会提供。