生物碳泵

1、海洋是全球氣候的調(diào)節(jié)器。已知的海洋儲(chǔ)碳生物學(xué)機(jī)制是“生物泵”，即通過(guò)光通過(guò)光合作用固碳將合作用固碳將CO2轉(zhuǎn)化為顆粒有機(jī)碳并通過(guò)沉降轉(zhuǎn)移到海底長(zhǎng)期保存轉(zhuǎn)化為顆粒有機(jī)碳并通過(guò)沉降轉(zhuǎn)移到海底長(zhǎng)期保存。然而，生物泵輸送到海底的碳量不足表層固碳量的0.1%。事實(shí)上，海洋中95%的有機(jī)碳是溶解態(tài)的，而其中95%又是惰性的，可在海洋中保存5000年。然而，惰性溶解有機(jī)碳的形成機(jī)制至今尚未明了。廈門(mén)大學(xué)焦念志教授的“微型生物碳泵”理論提出了不依賴(lài)于顆

2、粒碳沉降的儲(chǔ)碳機(jī)制。焦念志與其率領(lǐng)的國(guó)際海洋科學(xué)研究委員會(huì)“微型生物碳泵”科學(xué)工作組SCWG134，進(jìn)一步系統(tǒng)地揭示了微型生物生態(tài)過(guò)程在惰性溶解有機(jī)碳形成過(guò)程中的作用。美國(guó)科學(xué)家指出，“微型生物碳泵”理論也適用于陸地儲(chǔ)碳?！拔⑿蜕锾急谩崩碚撜故玖撕Ｑ笤贑O2減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)方面的巨大潛力。對(duì)于海洋微生物而言，溶解有機(jī)碳（DOC）是其生命的支撐。然而，大部分DOC就像谷糠一樣難以下咽而殘留在水中?？茖W(xué)家們正在揭示為什么海洋食物鏈中有些

3、有機(jī)質(zhì)被轉(zhuǎn)化為不易被釋放為CO2的形式?！拔覀?cè)缇椭篮Ｑ笾写嬖谥@種‘難以降解’的有機(jī)碳，但是直到最近才意識(shí)到它在全球碳循環(huán)中的作用?！苯菘薚rebon微生物研究所的微生物學(xué)家MichalKoblizek介紹說(shuō)。新的發(fā)現(xiàn)揭示，海洋中有一個(gè)看不見(jiàn)的過(guò)程使巨量的碳懸浮在海面以下的水體中。“這個(gè)碳庫(kù)非常之大，與大氣CO2的總量相當(dāng)”，廈門(mén)大學(xué)的微型生物生態(tài)學(xué)家焦念志介紹說(shuō)。焦念志等科學(xué)家正在探索這個(gè)碳庫(kù)儲(chǔ)存CO2的誘人前景。確定這個(gè)巨大儲(chǔ)庫(kù)

4、是否有地球工程學(xué)響應(yīng)為時(shí)尚早，佛羅里達(dá)州邁阿密大學(xué)的海洋生物地球化學(xué)家DennisHansell說(shuō)，“但我期待有一天茅塞頓開(kāi)，到那時(shí)我們將驚呼‘原來(lái)如此！’”。數(shù)次海洋調(diào)查的研究數(shù)據(jù)業(yè)已展現(xiàn)出焦念志提出的“微型生物碳泵”（MicrobialCarbonPump，MCP）的基本輪廓：即微型生物驅(qū)動(dòng)了從生物可利用的活性有微型生物驅(qū)動(dòng)了從生物可利用的活性有機(jī)碳到機(jī)碳到“難以消化的難以消化的”即惰性即惰性DOC的轉(zhuǎn)化的轉(zhuǎn)化。2010年夏天，歐洲

5、海洋酸化計(jì)劃正在北極海區(qū)開(kāi)展一系列探索性實(shí)驗(yàn)，其中包括“微型生物碳泵”。10月，焦念志課題組將向另一極進(jìn)發(fā)，前往赤道附近的最熱海域——印度太平洋暖池——進(jìn)行“微型生物碳泵”及其儲(chǔ)碳機(jī)制的研究?！拔⑿蜕锾急谩睂⑹?月份召開(kāi)的戈登海洋微生物研討會(huì)的重頭戲，Nature子刊微生物學(xué)綜述將發(fā)表文章介紹“微型生物碳泵”概念。法國(guó)Villefranche海洋學(xué)實(shí)驗(yàn)室的微生物海洋學(xué)家MarkusWeinbauer指出，這個(gè)概念“將大大改變我們對(duì)（海

6、洋）儲(chǔ)碳的認(rèn)識(shí)?！蔽⑿蜕锾急梦⑿蜕锾急醚芯垦芯康哪芰Α鞭D(zhuǎn)化惰性DOC，法國(guó)馬賽海洋學(xué)中心的微生物學(xué)家ChristianTamburini說(shuō)。要揭開(kāi)微生物與惰性DOC的關(guān)系需要敏銳的洞察力。在2001年發(fā)表的一篇標(biāo)志性的文章里，東京大學(xué)的HiroshiOgawa及其同事的研究表明海洋微生物能夠?qū)⑸锘钚訢OC轉(zhuǎn)變?yōu)槎栊訢OC。接著一個(gè)月后，加利福利亞蒙特雷灣水生生物研究所（現(xiàn)地址）的ZbigniewKolber及其同事也報(bào)道，在大洋表

7、層有一種獨(dú)特的具有光合作用的細(xì)菌AAPB占總微生物群落的11%，通過(guò)測(cè)量該菌的光吸收色素所產(chǎn)生的紅外熒光值發(fā)現(xiàn)，似乎到處都分布有這些AAPB細(xì)菌。但事實(shí)上，其他微型生物的存在可導(dǎo)致AAPB上述測(cè)量與實(shí)際情況有嚴(yán)重偏差。焦念志研究組利用一種新技術(shù)，證明浮游植物的強(qiáng)熒光會(huì)屏蔽掉目標(biāo)微生物的熒光?！霸旅餍窍【褪沁@個(gè)道理”焦念志解釋說(shuō)。就在2005年中國(guó)舉行紀(jì)念鄭和下西洋600周年活動(dòng)的環(huán)球航次上，焦念志把這種新方法付諸應(yīng)用，結(jié)果表明，AAPB

8、的分布與之前的認(rèn)識(shí)相反。他的研究組發(fā)現(xiàn)AAPB在富營(yíng)養(yǎng)海域的分布比大洋更加豐富，而且AAPB的豐度與DOC相關(guān)，而不是光照。AAPB是一種獨(dú)特的具有光合功能的細(xì)菌是一種獨(dú)特的具有光合功能的細(xì)菌焦念志發(fā)現(xiàn)AAPB易于被病毒感染，他們分離出了第一個(gè)特異感染AAPB的噬菌體。噬菌體分裂宿主細(xì)菌，使包含有機(jī)碳的菌體崩解并釋放到水中。這種“病毒回路”作用于許多海洋細(xì)菌，可能在“惰性DOC在水體中的累積”中發(fā)揮著重要的作用，田納西州立大學(xué)的Stev