Восточная тропическая часть Северной Пацифики (ETNP) представляет собой крупную, устойчивую и усиливающуюся зону кислородного минимума (OMZ), на которую приходится почти половина общей площади глобальных OMZ. В ядре OMZ (глубина ∼350–700 м) концентрация растворенного кислорода обычно близка или ниже аналитического предела обнаружения современных датчиков (∼10 нМ). Резкие градиенты кислорода выше и ниже ядра OMZ приводят к вертикальной структуре микробных сообществ, которые также различаются по размерным фракциям, ассоциированным с частицами (PA), и свободноживущим (FL). В данной работе мы используем секвенирование ампликонов 16S (iTags) для анализа разнообразия и распределения прокариотических популяций между размерными фракциями FL и PA, а также в диапазоне окружающих окислительно-восстановительных условий. Гидрографические условия в нашем районе исследования отличались от ранее описанных в ETNP и других OMZ, таких как ETSP. Следовые концентрации кислорода (∼0,35 мкМ) присутствовали по всему керну OMZ в месте отбора проб. Следовательно, накопления нитрита, типичные для кернов OMZ, отсутствовали, как и последовательности анаммокс-бактерий (род Brocadiales).КандидатусScalindua), которые обычно встречаются на границах оксичных и аноксичных сред в других системах. Однако распределение аммиакокисляющих бактерий (АОБ) и архей (АОА) и максимальная скорость автотрофной ассимиляции углерода (1,4 мкМ C d–1) совпал с выраженным максимумом концентрации аммония вблизи верхней части керна ОМЗ. Кроме того, представители родаНитроспина, присутствовала доминирующая клада нитрит-окисляющих бактерий (NOB), что предполагает, что окисление как аммиака, так и нитрита происходит при следовых концентрациях кислорода. Анализ теста на сходство (ANOSIM) и неметрического размерного шкалирования (nMDS) показал, что бактериальные и архейные филогенетические представления значительно различались между размерными фракциями. На основании профилей ANOSIM и iTag, состав сообществ PA в меньшей степени был подвержен влиянию преобладающего зависящего от глубины биогеохимического режима, чем фракция FL. Основываясь на присутствии AOA, NOB и следов кислорода в ядре OMZ, мы предполагаем, что нитрификация является активным процессом в азотном цикле этого региона ETNP OMZ.
Введение
В ответ на продолжающееся изменение климата и локальную деятельность человека концентрация растворенного кислорода снижается в открытом океане и прибрежных морских системах (Брейтбург и др., 2018). По оценкам, потери кислорода в открытом океане за последние 60 лет превышают 2% (Шмидтко и др., 2017), создавая опасения по поводу последствий расширения зоны с недостатком кислорода (Полмье и Руис-Пино, 2009). Зоны OMZ в открытом океане образуются, когда высокая первичная продукция на поверхности подпитывает биологическую потребность в кислороде в подземных водах, превышающую скорость физической вентиляции на глубине. Концентрация кислорода в водных столбах OMZ может иметь резкие градиенты (оксиклин) выше и ниже обедненного кислородом ядра, создавая гипоксические (обычно от 2 до ∼90 мкМ), субоксические (<2 мкМ) и аноксические (ниже предела обнаружения (∼10 нМ)) слои различных размеров (Бертаньолли и Стюарт, 2018). Градиенты кислорода приводят к вертикальной структуризации метазойных и микробных сообществ, а также к биогеохимическим процессам вдоль этих обширных оксиклиналей (Белмар и др., 2011).
Некоторые из самых высоких показателей потери азота были зарегистрированы в OMZ восточной тропической части Северной части Тихого океана (ETNP) и южной части Тихого океана (ETSP) (Каллбек и др., 2017;Пенн и др., 2019), постоянно стратифицированный бассейн Кариако (Монтес и др., 2013), Аравийское море (Уорд и др., 2009), и ОМЗ Бенгельской апвеллинговой системы (Кайперс и др., 2005В этих системах микробные процессы канонической денитрификации (гетеротрофное восстановление нитрата до промежуточных азотсодержащих соединений и часто до газообразного диазота) и анаэробного окисления аммония приводят к потерям азота, которые могут потенциально ограничивать первичную продукцию (Уорд и др., 2007). Более того, выбросы закиси азота в океан (мощного парникового газа) в результате микробной денитрификации, происходящей в зонах с низким содержанием азота, по оценкам, составляют не менее трети мировых выбросов закиси азота в природе (Накви и др., 2010).
Зона минимального содержания кислорода (OMZ) ETNP представляет собой крупную, устойчивую и усиливающуюся зону минимального содержания кислорода, которая занимает почти половину общей площади глобальных OMZ и расположена между 0–25° северной широты и 75–180° западной долготы (Полмье и Руис-Пино, 2009;Шмидтко и др., 2017). В связи с их экологической значимостью, биогеохимия и микробное разнообразие различных регионов ETNP OMZ интенсивно изучались (например,Беман и Кэролан, 2013;Дюре и др., 2015;Ганеш и др., 2015;Хронопулу и др., 2017;Пак и др., 2015;Пэн и др., 2015). Предыдущие исследования показывают, что растворенный кислород в этом керне OMZ (глубина ∼250–750 м) обычно находится вблизи или ниже пределов аналитического обнаружения (∼10 нМ) (Тиано и др., 2014;Гарсия-Робледо и др., 2017). Однако вдоль северной границы зоны OMZ ETNP (местоположение места исследования ∼22° с.ш.) концентрации кислорода на высоте 500 м могут достигать среднегодовых значений от 10 до 20 мкМ (Полмье и Руис-Пино, 2009; Данные из Атласа Мирового океана 2013 г.)1В ходе полевых исследований, описанных в настоящем документе, мы измерили концентрацию кислорода в керне OMZ в концентрации, достаточной для поддержания аэробных микробных процессов, таких как окисление аммония и нитрита, и частичного подавления важных анаэробных микробных процессов. Аэробные микробные процессы ранее уже были обнаружены в, казалось бы, субоксичных или аноксичных слоях ETNP OMZ (Пэн и др., 2015;Гарсия-Робледо и др., 2017;Пенн и др., 2019). Однако факторы, контролирующие распределение и активность отдельных функциональных групп микроорганизмов в ОМЗ, до конца не изучены.
Присутствие нитрификаторов, в которых кислород не обнаруживается в зоне OMZ, можно объяснить недавними сдвигами в вертикальном положении оксиклина из-за эпизодической вертикальной вентиляции кислорода, что может привести к эфемерным следовым уровням кислорода в ядрах зоны OMZ (Мюллер-Каргер и др., 2001;Уллоа и др., 2012;Гарсия-Робледо и др., 2017). Такие переходные условия могут быть использованы аэробными или микроаэрофильными популяциями, включая нитрификаторы. Более того, опускающиеся частицы из эпипелагиали (агрегированные клетки, фекальные комки и сложные органические вещества) могут содержать следовые количества кислорода (Ганеш и др., 2014). Таким образом, кислород и аэробные микробы могут переноситься в бескислородные воды, что временно позволяет аэробным процессам метаболизма протекать в сочетании с частицами. Известно, что частицы являются очагами микробного биогеохимического цикла (Саймон и др., 2002;Ганеш и др., 2014) и может поддерживать контрастные анаэробные или аэробные микробные процессы, которые не наблюдаются в свободноживущем состоянии (Оллдредж и Коэн, 1987;Райт и др., 2012;Сутер и др., 2018).
В настоящем исследовании мы изучаем прокариотические сообщества, обитающие на северной окраине зоны OMZ (ЭТНП), и факторы окружающей среды, которые, вероятно, влияют на их вертикальное распределение, с помощью секвенирования ампликонов 16S (iTags) в сочетании с многомерной статистикой. Мы исследовали две размерные фракции: свободноживущую (0,2–2,7 мкм) и ассоциированную с частицами фракцию (>2,7 мкм, захватывающую как частицы, так и протистановые клетки) на разных глубинах вдоль оксиклина, соответствующих различным окислительно-восстановительным условиям.
Мы можем предоставить датчики растворенного кислорода с различными параметрами для мониторинга молекулярной концентрации в режиме реального времени. Приглашаем вас на консультацию.
https://www.alibaba.com/product-detail/Wifi-4G-Gprs-RS485-4-20mA_1600559098578.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu
https://www.alibaba.com/product-detail/Maintenance-Free-Fluorescence-Optical-Water-Dissolved_1600257132247.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu
Время публикации: 05 июля 2024 г.