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在浩瀚的海洋中，有一種微小卻極為重要的生物——浮游生物。它們雖個體微小，但在海洋生態(tài)系統(tǒng)中扮演著不可或缺的角色。浮游生物構(gòu)成了海洋食物網(wǎng)的基礎(chǔ)，同時在調(diào)節(jié)地球氣候方面也發(fā)揮著關(guān)鍵作用，它們通過儲存碳來幫助維持地球生態(tài)平衡。近期，一項由德國不來梅大學海洋環(huán)境科學研究中心（MARUM）和美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）聯(lián)合開展的研究，通過分析全球海洋浮游生物的脂質(zhì)組，揭示了它們?nèi)绾芜m應不同的海洋環(huán)境。這項研究不僅為我們理解海洋生態(tài)系統(tǒng)的復雜性提供了新的視角，還展示了脂質(zhì)組學在環(huán)境科學研究中的巨大潛力。

脂質(zhì)是海洋生物細胞膜的關(guān)鍵組成部分，對于維持膜的流動性、介導營養(yǎng)物質(zhì)吸收以及適應環(huán)境變化具有重要作用。盡管實驗室研究已經(jīng)揭示了微生物，如細菌和藻類，如何通過改變脂質(zhì)來適應環(huán)境變化。比如，當溫度下降時，微生物會增加脂質(zhì)中的不飽和脂肪酸，讓細胞膜保持柔軟，防止因為溫度低而變得太硬。但在自然海洋環(huán)境中，浮游生物的脂質(zhì)組，包括脂質(zhì)的種類和數(shù)量是如何適應環(huán)境變化的仍知之甚少。此前的研究表明，海洋浮游生物的脂肪酸不飽和度（簡單來說，就是脂質(zhì)的“軟硬程度”）和海洋溫度有關(guān)系。溫度越高，脂質(zhì)越“軟”；溫度越低，脂質(zhì)越“硬”。但具體是怎么變化的，還有哪些其他因素會影響脂質(zhì)組，這些都需要進一步研究。

研究人員重新分析了2022年由WHOI發(fā)布的關(guān)于海洋浮游生物脂質(zhì)分布的大型數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集涵蓋了來自大西洋、北太平洋和南極海洋的930個樣本，樣本采集深度從海面到400米深，涉及3164種脂質(zhì)。研究采用了加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA），這是一種常用于基因組學的方法，能夠?qū)⒐δ芟嚓P(guān)的基因分組為模塊，并與特征和環(huán)境因素建立聯(lián)系。通過這種方法，研究人員能夠識別出具有相似分布模式的脂質(zhì)簇（ELs），并進一步分析它們與環(huán)境因素的關(guān)系。

研究結(jié)果顯示，浮游生物的脂質(zhì)分布與其生存環(huán)境密切相關(guān)。在寒冷的極地和亞極地海洋中，浮游生物展現(xiàn)出最高的脂質(zhì)多樣性。為了保持細胞膜的流動性，它們采用了多種策略，例如縮短脂肪酸鏈。相反，在熱帶和亞熱帶海洋表層，浮游生物表現(xiàn)出非磷脂類物質(zhì)的富集，這可能是對溫暖溫度的響應，并可能對生物泵的元素化學計量比產(chǎn)生影響。在這些區(qū)域的次表層，高度不飽和的脂質(zhì)富集，表明浮游植物適應了低光照條件，并為熱帶和亞熱帶海洋食物網(wǎng)貢獻了不飽和脂肪酸。

研究人員識別出16個結(jié)構(gòu)不同的脂質(zhì)簇，它們在全球海洋的不同地理和垂直分布中表現(xiàn)出顯著差異。例如，EL1和EL8在極地海洋中最為豐富，而EL7和EL16在熱帶和亞熱帶海洋中更為常見。在垂直分布上，某些脂質(zhì)簇的最大相對強度深度與深層葉綠素最大值（DCM）深度一致，表明這些脂質(zhì)簇可能與浮游植物的光適應有關(guān)。

研究還發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，脂質(zhì)中脂肪酸鏈的平均長度逐漸增加。這種趨勢在飽和脂肪酸（SFAs）和多不飽和脂肪酸（PUFAs）中均有所體現(xiàn)。這表明，除了脂肪酸不飽和度的變化外，鏈長的變化也可能是浮游生物適應溫度變化的普遍策略。

在熱帶和亞熱帶海洋表層，非磷脂類物質(zhì)的富集與溫度的關(guān)系尤為顯著。當水溫升高時，這些非磷脂類物質(zhì)會變得更多，尤其是兩種糖脂類物質(zhì)：MGDG和SQDG。這可能說明，在溫暖的環(huán)境中，某些浮游植物更容易生存和繁殖，這些物質(zhì)可能幫助浮游植物在高溫和強光下更好地進行光合作用。

在熱帶和亞熱帶海洋的次表層，也就是比表層更深一點的水層，研究發(fā)現(xiàn)與表層相比，某些脂質(zhì)簇（如EL8和EL16）的相對強度顯著增加，尤其是那些富含葉綠體脂質(zhì)的簇。這表明，次表層可能是熱帶和亞熱帶海洋中多不飽和脂肪酸的重要儲存庫，這對于海洋食物網(wǎng)中的營養(yǎng)傳遞具有重要意義。

這項研究通過結(jié)合環(huán)境脂質(zhì)組學和數(shù)據(jù)科學，揭示了浮游生物如何通過調(diào)整脂質(zhì)組來適應不同的海洋環(huán)境。隨著全球氣候變化的加劇，海洋環(huán)境也在不斷變化。浮游生物作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，其適應能力的研究對于預測和應對未來的海洋環(huán)境變化具有重要意義。研究人員表示，未來的研究可以進一步探索浮游生物在不同環(huán)境壓力下的適應機制，以及這些機制如何影響整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。此外，結(jié)合多學科的研究方法，如基因組學、蛋白質(zhì)組學和生態(tài)建模，將有助于更全面地理解浮游生物在海洋生態(tài)系統(tǒng)中的角色。

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編譯 | Sara
審核 | YJ
排版 | 綠葉

參考鏈接略

來源: 海洋與濕地