加州大学圣地亚哥分校的研究发现，海洋硅藻将光合作用与直接碳消耗结合起来，改变了之前对它们碳摄入方式的看法。这种受细菌相互作用影响的双重策略可能会对全球碳循环的理解产生重大影响。

　　最近的研究表明，生活在海洋中的硅藻有不止一种积累碳的方法。除了光合作用，这些单细胞浮游生物还通过直接从海洋中消耗有机碳来增加生物量。这一发现可能会促使科学家们修改他们对硅藻通过光合作用从大气中吸收二氧化碳量的估计。因此，这可能会改变我们对全球碳循环的理解，这在气候变化的背景下尤为重要。

　　这项研究由加州大学圣地亚哥分校的生物工程师、生物信息学专家和其他基因组学研究人员领导。这项新发现发表在2024年7月17日的《科学进展》杂志上。

　　研究小组发现，在世界各地的海洋中都有发现的硅藻圆柱形囊藻，经常同时进行光合作用和直接从浮游生物等有机来源中摄取碳的混合。在研究人员分析的来自世界各地海洋的70%以上的水样中，研究小组发现了同时进行光合作用和直接消耗有机碳的迹象。

　　该团队还表明，除了光合作用外，这种硅藻在消耗有机碳时可以生长得更快。

　　此外，这项新研究暗示了一种诱人的可能性，即特定种类的细菌直接为生活在全球海洋中的大部分硅藻提供有机碳。

　　这项工作是基于基因组尺度的代谢建模方法，该团队使用该方法来解开硅藻圆柱藻的代谢。研究人员用从TARA海洋探险中获得的全球基因表达数据约束了他们的基因组尺度代谢模型。研究人员认为，这是首次在全球范围内使用基因组尺度模型。

　　该团队的新代谢模型数据支持了最近的实验室实验，表明一些硅藻可能依赖于光合作用以外的策略来吸收它们生存、茁壮成长和建立生物量所需的碳。

　　加州大学圣地亚哥分校领导的团队正在扩大项目的范围，以确定这种非光合作用活动在其他硅藻物种中有多普遍。

　　海洋细菌喂养硅藻吗?

　　当研究小组观察在他们的海水样本中测量的物理和化学参数时——包括温度、pH值、盐度、光、氮和碳的可用性——他们没有发现这些参数与硅藻偏离光合作用策略的倾向之间有任何关联。

　　然而，当研究小组在海水样本中探索与硅藻柱状囊藻共存的特定细菌群时，他们发现了一个明确的信号。这一发现暗示了细菌与硅藻之间的相互作用，推动了光合作用和有机碳直接消耗的同时混合，这种现象被称为“混合营养”。

　　研究小组认为，特定的细菌可能直接为硅藻提供食物，帮助这些硅藻成为地球上最成功、最重要的微生物之一，在氧气生产、碳封存方面，并作为支持海洋中几乎所有生命的食物网的基础。

　　“硅藻是海洋食物链的主要贡献者，也是全球碳循环的主要驱动力。以前，我们对所有碳循环模型的估计都是基于硅藻的唯一作用是固定二氧化碳的假设。我们的研究结果表明，情况并非如此，但硅藻同时也吃有机碳。换句话说，我们已经证明硅藻的生长和生物量生产并不完全依赖于二氧化碳的固定。我们相信这些结果将对我们对全球碳循环的理解产生重大影响，”加州大学圣地亚哥分校的卡斯滕·曾格勒教授说，他是雅各布工程学院儿科和生物工程系的教授，也是微生物组创新中心的研究员。

　　“虽然在实验室里有关于硅藻偏离光合作用的奇怪观察，但直到现在，还不可能测试这些硅藻在海洋中进行什么样的代谢。这是因为有很多很多的基因参与了这个过程，而且很难仅仅从基因表达数据来描述哪个过程是活跃的。我们的方法绕过了这一挑战。”

　　研究小组希望这项工作能激发人们的兴趣，让我们更仔细地了解我们对全球碳循环的理解，并考虑到对海洋硅藻如何获得碳的更广泛的新理解。

　　喂养硅藻的细菌可能会从这种关系中得到什么，这是另一个需要进一步研究的问题。

　　参考文献:《一种无处不在的海洋海藻的混合营养生长》，作者:Manish Kumar, Juan D. Tibocha-Bonilla, Zoltán f

　　ssy, Chloe Lieng, Sarah M. Schwenck, Alice V. Levesque, Mahmoud M. Al-Bassam, Anurag Passi, Maxwell Neal, Cristal Zuniga, Farrah Kaiyom, Josh L. Espinoza, Hyungyu Lim, Shawn W. Polson, Lisa Zeigler Allen和Karsten Zengler, 2024年7月17日，《科学进展》。DOI: 10.1126 / sciadv.ado2623

　　这项研究由戈登和贝蒂·摩尔基金会资助。