MCP重新認識海底碳庫

日期：2010-07-06 08:53:08

6月18日出版的Science雜志用兩頁的篇幅報道了廈門大學長江學者、特聘教授焦念志教授研究組及其領導的國際海洋科學委員會134工作組有關海洋“微型生物碳泵”的研究成果。

對于海洋微生物而言，溶解有機碳（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。科學家們正在揭示為什么海洋食物鏈中有些有機質被轉化為不易被釋放為CO2的形式。“我們早就知道海洋中存在著這種‘難以降解’的有機碳，但是直到最近才意識到它在全球碳循環中的作用。”捷克Trebon微生物研究所的微生物學家MichalKoblizek介紹說。

新的發現揭示，海洋中有一個看不見的過程使巨量的碳懸浮在海面以下的水體中。“這個碳庫非常之大，與大氣CO2的總量相當”，廈門大學的微型生物生態學家焦念志介紹說。焦念志等科學家正在探索這個碳庫儲存CO2的誘人前景。確定這個巨大儲庫是否有地球工程學響應為時尚早，佛羅里達州邁阿密大學的海洋生物地球化學家DennisHansell說，“但我期待有一天茅塞頓開，到那時我們將驚呼‘原來如此！’”。

數次海洋調查的研究數據業已展現出焦念志提出的“微型生物碳泵”（MicrobialCarbonPump，MCP）的基本輪廓：即微型生物驅動了從生物可利用的活性有機碳到“難以消化的”即惰性DOC的轉化。今年夏天，歐洲海洋酸化計劃正在北極海區開展一系列探索性實驗，其中包括“微型生物碳泵”。十月，焦念志課題組將向另一極進發，前往赤道附近的最熱海域——印度-太平洋暖池——進行“微型生物碳泵”及其儲碳機制的研究。“微型生物碳泵”將是7月份召開的戈登海洋微生物研討會的重頭戲，Nature子刊微生物學綜述將發表文章介紹“微型生物碳泵”概念。法國Villefranche海洋學實驗室的微生物海洋學家MarkusWeinbauer指出，這個概念“將大大改變我們對（海洋）儲碳的認識。”

海洋表面就像一個大如星球的肺，吸入和呼出CO2。就全球平均而言，海洋從大氣中吸收的CO2比釋放的多2%。一部分CO2溶解在水中形成了碳酸。隨著大氣CO2含量升高，海洋PH值下降，科學家們將這種現象稱為酸化，海洋酸化可通過降低碳骨架的生長而危害到珊瑚及其它生物。CO2進入海洋另一途徑是食物網：浮游植物通過光合作用將CO2固定形成有機碳，數量高達每年600億噸碳，相當于陸地上固碳總量。“海洋不能長期捕獲這些碳”Koblizek說，大部分新形成的生物質在幾天內就被消耗，并以CO2的形式返還到大氣中。但是，有一部分碳隨著死亡生物體的殘骸沉到海底，這種生物泵每年在海底沉淀了大約3億噸碳。

而更多的碳是以DOC溶解在水體中。海洋以DOC的形式保有大約7千億噸碳——比陸地上所有的生物量還多（6千億噸碳），幾乎與大氣中碳總量相等（7.5千億噸碳）。大約95%的有機碳是以惰性DOC形式存在。“這種惰性DOC是海洋中有機物質的最大儲庫”，加利福尼Scripps海洋研究所的微生物學家FarooqAzam說。在2009年12月出版的Oceanography中，Hansell和加州大學SantaBarbara分校的CraigCarlson領導的團隊繪制了第一張DOC全球分布圖。14C研究表明惰性化合物在海洋中保存的時間超過了6000年，這是大洋環流周期的好幾倍。

惰性DOC是全球碳循環中的關鍵環節這一認識使探求惰性DOC成分與來源成為研究熱點。研究人員現在已經知道，惰性DOC由上千種混合物組成，諸如復雜的多糖及腐殖酸等。西班牙維哥海洋研究所的XoséAntónálvarezSalgado領導的團隊追蹤到某些形式的生物活性碳轉變到惰性碳的過程，他們是通過觀察光學性質改變的方法，即腐殖性物質吸收紫外光再重新發射出具有特定波長的藍色熒光。

大部分惰性DOC的來源還是個未知數。海洋表面的光降解可產生一些惰性DOC，石油的泄露對這個碳庫也有貢獻。“墨西哥灣的石油泄露是石油入海的一個極端例子”來自德國奧爾登堡大學的微生物海洋學者Meinhard Simon說。其它混合物可能在海底泉口或森林大火中形成并進入海洋。然而對于大部分的惰性DOC來源，Azam指出，“我們缺乏對它形成機制或數量及成分變化的了解。”

Azam及其他同行將這種關鍵性認識歸功于焦念志：即，認識到微型生物在把可利用碳轉變成相對惰性化合物的過程中扮演著主導性角色。一部分惰性DOC滯留在海洋上層，而另一部分可隨生物泵進入深海。“微型生物碳泵可能像一個傳送帶在海洋深層運輸并儲存碳”臺灣中山大學海洋碳化學家陳鎮東說。“微型生物碳泵”在深海中也起作用，在深海中適應了高壓環境的細菌可能具有“特殊的能力”轉化惰性DOC，法國馬賽海洋學中心的微生物學家ChristianTamburini說。