Восточная тропическая часть северной части Тихого океана (ВТНП) представляет собой обширную, устойчивую и усиливающуюся зону минимального содержания кислорода (ЗМОК), занимающую почти половину общей площади глобальных ЗМОК. В ядре ЗМОК (глубина ~350–700 м) растворенный кислород обычно находится на уровне, близком к пределу обнаружения современных датчиков или ниже него (~10 нМ). Крутые градиенты кислорода выше и ниже ядра ЗМОК приводят к вертикальной структуризации микробных сообществ, которые также различаются между фракциями частиц (ЧЧ) и свободноживущих микроорганизмов (ЖИ). В данном исследовании мы используем секвенирование ампликонов 16S (iTags) для анализа разнообразия и распределения прокариотических популяций между фракциями ЖИ и ЧЧ, а также в диапазоне окружающих окислительно-восстановительных условий. Гидрографические условия в районе нашего исследования отличались от тех, которые ранее были описаны в ВТНП и других ЗМОК, таких как Восточная тропическая часть Тихого океана (ВТСП). Следовые концентрации кислорода (~0,35 мкМ) присутствовали по всему ядру ЗМОК в месте нашего отбора проб. Следовательно, накопление нитритов, обычно наблюдаемое в образцах из кернов зон минимального содержания кислорода, отсутствовало, как и последовательности анаммокс-бактерий (род Brocadiales).КандидатScalindua), которые обычно встречаются на границах между окислительной и анаэробной зонами в других системах. Однако распределение аммонийокисляющих бактерий (АОБ) и архей (АОА) и максимальные скорости автотрофной ассимиляции углерода (1,4 мкМ C сут)–1) совпало с выраженным максимумом концентрации аммония вблизи верхней части керна МЗ. Кроме того, представители родаНитроспинаБыло обнаружено присутствие доминирующей клады нитритокисляющих бактерий (NOB), что указывает на то, что окисление аммиака и нитрита происходит при следовых концентрациях кислорода. Анализ сходства (ANOSIM) и неметрическое масштабирование (nMDS) показали, что филогенетическое представительство бактерий и архей значительно различалось между фракциями по размеру. На основе профилей ANOSIM и iTag было установлено, что состав сообществ PA в меньшей степени зависел от преобладающего биогеохимического режима, зависящего от глубины, чем фракция FL. На основании присутствия AOA, NOB и следовых количеств кислорода в керне OMZ мы предполагаем, что нитрификация является активным процессом в азотном цикле этого региона OMZ Восточно-Тихоокеанического национального парка.
Введение
В ответ на продолжающиеся изменения климата и локальную деятельность человека концентрация растворенного кислорода снижается в открытом океане и прибрежных морских системах.Брайтбург и др., 2018По оценкам, потери кислорода в открытом океане за последние 60 лет превышают 2%.Шмидтко и др., 2017), что вызывает опасения по поводу последствий расширения зоны с пониженным содержанием кислорода (Польмье и Руис-Пино, 2009Зоны минимального содержания кислорода (ЗМОК) в открытом океане образуются, когда высокая первичная продукция на поверхности питает биологическую потребность в кислороде в подземных водах, превышающую скорость физической вентиляции на глубине. Концентрации кислорода в толще воды ЗМОК могут иметь крутые 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 различной величины.Бертаньолли и Стюарт, 2018Кислородные градиенты приводят к вертикальной структуре сообществ многоклеточных животных и микроорганизмов, а также к биогеохимическим процессам вдоль этих обширных оксиклин (Бельмар и др., 2011).
Наиболее высокие темпы потери азота были зафиксированы в зонах минимального содержания кислорода в восточной части тропической 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 минимальной зоны отсутствия кислорода в системе апвеллинга Бенгельского пролива (Куйперс и др., 2005В этих системах микробные процессы канонической денитрификации (гетеротрофное восстановление нитрата до промежуточных азотных соединений и часто до газообразного динитрогена) и анаммокса (анаэробное окисление аммония) приводят к потерям азота, которые потенциально могут ограничивать первичную продукцию.Уорд и др., 2007Более того, по оценкам, выбросы закиси азота в океан (мощный парниковый газ) в результате микробной денитрификации, происходящей в зонах с низким содержанием кислорода, составляют не менее одной трети глобальных выбросов закиси азота.Накви и др., 2010).
Зона минимального содержания кислорода в Восточно-Тихоокеанском регионе (ETNP OMZ) — это обширная, устойчивая и усиливающаяся зона минимального содержания кислорода, занимающая почти половину общей площади глобальных зон минимального содержания кислорода и расположенная между 0–25° северной широты и 75–180° западной долготы.Польмье и Руис-Пино, 2009;Шмидтко и др., 2017Ввиду их экологической значимости, биогеохимия и микробное разнообразие различных регионов минимальной зоны залегания в Восточно-Тихоокеанском национальном парке 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., 2015Предыдущие исследования показывают, что содержание растворенного кислорода в этом керне зоны минимального содержания кислорода (глубина ~250–750 м) обычно близко к пределу обнаружения или ниже него (~10 нМ).Тиано и др., 2014;Гарсия-Робледо и др., 2017Однако вдоль северной границы зоны минимального содержания кислорода в Восточно-Тихоокеанском национальном парке (местоположение места исследования ~22°N) концентрация кислорода на высоте 500 м может достигать среднегодовых значений от 10 до 20 мкМ.Польмье и Руис-Пино, 2009(Данные из Всемирного океанического атласа 2013 г.)1В ходе полевых исследований, описанных в данной работе, мы измерили содержание кислорода в керне зоны минимального содержания кислорода (ЗМТ) в концентрациях, достаточных для поддержания аэробных микробных процессов, таких как окисление аммония и нитрита, и частичного подавления важных анаэробных микробных процессов. Аэробные микробные процессы ранее были обнаружены в, казалось бы, субоксических или аноксических слоях ЗМТ Восточно-Тихоокеанского национального парка (ETNP).Пэн и др., 2015;Гарсия-Робледо и др., 2017;Пенн и др., 2019Однако факторы, контролирующие распределение и активность конкретных функциональных групп микроорганизмов в зонах минимального содержания кислорода, до конца еще не изучены.
Присутствие нитрифицирующих бактерий в зонах с низким содержанием кислорода (ЗОН) в местах, где кислород не обнаруживается, можно объяснить недавними сдвигами вертикального положения оксиклина из-за эпизодической вертикальной вентиляции кислорода, что может приводить к кратковременным следовым уровням кислорода в ядрах ЗОН.Мюллер-Каргер и др., 2001;Уллоа и др., 2012;Гарсия-Робледо и др., 2017Такие кратковременные условия могут быть использованы аэробными или микроаэрофильными популяциями, включая нитрифицирующие бактерии. Более того, оседающие частицы из эпипелагической зоны (агрегированные клетки, фекальные гранулы и сложные органические материалы) могут содержать следы кислорода.Ганеш и др., 2014Таким образом, кислород и аэробные микроорганизмы могут транспортироваться в воды, которые в противном случае были бы бескислородными, временно позволяя аэробному метаболизму происходить в ассоциации с частицами. Известно, что частицы являются очагами микробного биогеохимического круговорота (Саймон и др., 2002;Ганеш и др., 2014) и могут поддерживать различные анаэробные или аэробные микробные процессы, которые не наблюдаются в свободноживущем состоянии (Олдредж и Коэн, 1987;Райт и др., 2012;Сутер и др., 2018).
В настоящем исследовании мы изучаем сообщества прокариот, занимающие северную окраину зоны минимального содержания кислорода в Восточно-Тихоокеаническом национальном парке, и факторы окружающей среды, которые, вероятно, влияют на их вертикальное распределение, используя секвенирование ампликонов 16S (iTags) в сочетании с многомерной статистикой. Мы исследовали две фракции по размеру: свободноживущую (0,2–2,7 мкм) и связанную с частицами фракцию (>2,7 мкм, включающую как частицы, так и клетки простейших) на разных глубинах вдоль оксиклина, соответствующих различным окислительно-восстановительным условиям.
Мы можем предложить датчики растворенного кислорода с различными параметрами, позволяющие контролировать концентрацию молекул в режиме реального времени. Приглашаем вас обратиться за консультацией.
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
Дата публикации: 05.07.2024