麻省理工学院的研究表明，微小的浮游生物对海洋的碳储存有很大的影响

麻省理工学院和布里斯托大学的最新研究表明，混合营养型微生物可能会对海洋的食物网和全球碳循环产生重大影响。

您如何找到食物？大多数动物物种，无论是在冰箱中翻滚还是在野外觅食，都通过消耗生物来获取营养。在大多数情况下，植物采用不同的喂养或“营养”策略，通过光合作用制造自己的食物。但是，某些进取型物种可以同时做到这两种：光合作用和消耗猎物。这些生物主要存在于某些海洋浮游生物群落中，具有灵活的“混养性”生活方式。

科学家们以海洋浮游生物的规模开发了全球海洋食物网的混合营养模型，在这种模型中，他们赋予了每个浮游生物类光合作用和消耗猎物的能力。他们发现，与不考虑混合营养生物的传统模型相比，他们的模型在整个海洋中产生了更大，更重的浮游生物。随着这些更大量的微生物死亡，研究人员发现它们使下沉的有机碳颗粒的通量增加了多达35％。

麻省理工学院地球，大气与行星科学系副教授米克·弗洛斯（Mick Follows）说，结果表明混合营养生物可以使海洋更有效地储存碳，从而提高海洋封存二氧化碳的效率。

“如果[混合营养体]不在海洋中，我们建议大气中的二氧化碳含量可能更高，因为形成的，富含碳的大颗粒会有效地将碳转移到深处，因此数量减少了，” Follows说。“这是一个假设，但是直到现在，它在碳循环模型中都被忽略了，我们建议必须将其表示出来，因为它可能非常重要。”

Follows和他的同事Ben Ward（现为布里斯托大学的前MIT博士后）今天在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果。

等式的一部分

当今的海洋模型通常采用“非此即彼”的方法，将浮游生物归为光合作用者或捕食者。Follows说，这种方法过分简化了在海洋中发生的过程，这些过程最终可能有助于碳在海洋和大气中的移动方式。他说，混合营养菌通常被忽视，因为我们的陆地经验使它们看起来很少见。

“对陆地上的我们来说，我们倾向于将[混合营养生物]（如金星捕蝇器）视为异国情调的-它们对我们来说是一种好奇心，”追随者说。“我们的传统观点受到土地的偏见，在土地上，生物严格地分为一类或另一类。但是在海洋中，看浮游生物的人越多，混合营养似乎越常见。”

问题在于，几乎没有数据可用于模型，因为在微观浮游生物规模上观察营养策略非常困难。因此，模型在很大程度上将混合营养菌排除在等式之外，而转向其他海洋过程来尝试解释海洋中储存了多少碳。

Follows说：“就好像我们有一个天气预报模型可以使今天的波士顿下雨，但是出于错误的原因。”“如果明天使用它，我们不应指望它能做得很好，因为它是今天煮熟的。我们希望我们的气候模型能够代表正在进行的过程，以便预测碳存储如何响应全球变化。”

以（混合营养）为生

作为第一步，Follows和Ward选择模拟一个虚拟世界，其中每个浮游生物类都可能是混合营养型的。

“这是一个非常理想的黑白案例：混合营养菌可能产生的最大影响是什么？”跟着说。

在海洋中，浮游生物的大小范围可以从小于1微米到直径大约1毫米。包含浮游生物的典型海洋模型通常将它们分为10个一般大小的类别，每个类别都属于“两行会”结构，无论是作为光合作用者还是作为捕食者。

相反，Follows和Ward使所有浮游生物混养。模型中的生物可以光合作用，消耗无机养分。（最小的生物体最有效地获取这些资源。）他们还可以吃其他浮游生物，并被迫消耗比自己小十倍的大小等级的猎物。

“我们在为系统建立了这些规则之后，每个尺寸类别是主要依靠光合作用还是主要依靠捕食而生存，取决于每种资源的可用性以及它们在每种环境中收获它们的相对能力，” Follows说。

向前运行模型后，研究人员将结果与没有混合营养素的传统模型进行了比较。他们发现两种模型在整个浮游生物食物网中都显示出总体的进食结构：最小的生物体太小而无法摄取猎物，而最大的浮游生物在通过光合作用生活时则是较弱的竞争者。

但是，在传统模型将光合作用和非光合作用严格区分的地方，混合营养模型模糊了这些界限，一些较小的生物会消耗猎物，而一些较大的生物会进行光合作用。结果是每个类别的混合营养生物增加了该生物的平均大小，在整个海洋中形成了更大更重的浮游生物。与较小和较轻的浮游生物相比，这些更重要的生物体更容易沉入海床，成为含碳碎屑。

Follows说：“从本质上讲，这意味着，通过多种手段，与没有混合营养素的世界相比，在具有混合营养素的世界中，更多的有机碳正在下沉到深海中。”

研究小组对混合营养菌下沉的碳量的估计似乎与北大西洋混合营养浮游生物对碳通量的最新观察结果一致。Follows说，他希望利用这些机会生物的更多数据，改进模型以准确反映混合营养种群及其对地球碳循环的影响。

“我们对这项工作的部分希望是为这些观测研究提供新的动力。我们认为它们非常有价值。” Follows说。“混合营养菌可能会在很大范围内放牧，因此就海洋中的碳流量而言，这可能非常重要，应该量化。”

这项研究部分由西蒙斯基金会，戈登·贝蒂·摩尔基金会，美国国家航空航天局和美国国家科学基金会资助。

出版物：Ben A. Ward和Michael J.跟着，“海洋混合营养增加了营养传递效率，平均生物体大小和垂直碳通量”，PNAS 2016； doi：10.1073 / pnas.1517118113