浙江
随着气候变化将热量不断推向更深的海水层，科学界一直担心海洋生命脆弱平衡被打破。然而一项最新研究显示，一种关键的深海微生物——海洋硝化球菌 Nitrosopumilus maritimus——可能已经在悄然适应这种更温暖、养分更贫瘠的环境。
在全球变暖和频繁海洋热浪的共同作用下，升温已不再局限于海洋表层，深达千米的海水也在变暖，引发人们对海洋化学环境和生态系统被扰动的担忧。不过，美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校等机构的研究团队指出，Nitrosopumilus maritimus 这类依赖铁元素、以氧化氨为生的古菌，似乎正在调整自身生理策略，以适应更高温度和更低金属供应的双重压力。研究者认为，在持续变暖的海洋中，它们很可能在重新塑造海洋营养分布格局方面扮演越来越重要的角色。
相关成果近日发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）。Nitrosopumilus maritimus 及其近缘微生物约占海洋微生物浮游生物总量的30%，被普遍视为维持海洋化学平衡的关键角色。通过氧化海水中的氨，这类古菌参与将氮元素转化为不同的化学形态，从而影响整个微生物浮游群落的生长，而后者正是海洋食物网的基础，对海洋生物多样性至关重要。
研究通讯作者、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校微生物学教授秦伟（Wei Qin）表示，过去人们通常认为千米以下海水在很大程度上“隔绝”了表层变暖的影响，但现在越来越清楚的是，深海变暖正改变这些大量存在的古菌利用铁元素的方式。铁是它们代谢过程中高度依赖的金属元素，这种变化可能会进一步影响深海中微量金属的可利用性，进而对更广泛的海洋生物地球化学过程产生影响。
为尽可能接近真实海洋环境，研究团队在严格控制金属污染的实验条件下，对一株纯净培养的 Nitrosopumilus maritimus 进行了一系列温度和铁浓度梯度实验。结果显示，在铁供应受限的情况下，升高温度不仅没有削弱这类微生物的生存能力，反而促使它们减少对铁的需求、提升铁的利用效率。这表明，随着海水变暖、可用铁元素减少，Nitrosopumilus maritimus 具备一定“自我调节”能力，能够在资源更紧张的深海环境中维持甚至优化代谢活动。
在实验基础上，团队联合利物浦大学的海洋生物地球化学建模专家 Alessandro Tagliabue，将这些生理学数据纳入全球海洋生物地球化学模型进行模拟。模拟结果显示，在广阔的铁限制海域，深海古菌群落在未来变暖情景下，可能不仅不会“退缩”，反而有能力维持甚至强化其在海洋氮循环和初级生产支撑方面的作用。换言之，在许多原本被认为脆弱的深海区域，这些微小生命或许会成为维系海洋功能的一股“适应性力量”。
为检验实验室发现是否同样适用于真实海洋系统，秦伟和美国南加州大学全球变化生物学教授 David Hutchins 将于今夏共同率领一次海上科考。他们将搭乘科考船 Sikuliaq，从西雅图出发，途经阿拉斯加湾，再驶向副热带环流区，中途在夏威夷檀香山停靠。来自多家机构的20名科学家将随船开展现场观测和采样，重点评估在不同温度和金属限制组合下，自然环境中的古菌群落如何响应和调整。
研究团队强调，这项工作不仅是对单一物种适应能力的考察，更关系到整个海洋氮循环、微量金属循环以及深海生态系统在气候变化背景下的“韧性”问题。如果像 Nitrosopumilus maritimus 这样的关键微生物确实能够提升铁利用效率、在更温暖的深海环境中保持活跃，那么在一定程度上，它们可能缓冲部分由升温引发的化学失衡，为海洋生态系统争取宝贵的调节时间。但科学家也提醒，这并不意味着气候变化带来的风险就可以被忽略，人类对温室气体排放的控制依然是保护海洋和全球生态系统健康的根本手段。
据介绍，该研究由美国国家科学基金会、西蒙斯基金会、中国国家自然科学基金、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校和俄克拉何马大学等机构联合资助。研究负责人之一秦伟同时隶属于卡尔·伍斯基因组生物学研究所。相关团队表示，未来还计划在更多海域和不同季节开展长期观测，以进一步厘清深海古菌在变暖海洋中的角色演变路径。
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