Η Ανατολική Τροπική Βόρειος Ειρηνικός (ETNP) είναι μια μεγάλη, επίμονη και εντατικοποιημένη ζώνη ελάχιστης περιεκτικότητας οξυγόνου (OMZ) που αντιπροσωπεύει σχεδόν το ήμισυ της συνολικής έκτασης των παγκόσμιων OMZ. Εντός του πυρήνα της OMZ (βάθος ∼350-700 m), το διαλυμένο οξυγόνο είναι συνήθως κοντά ή κάτω από το αναλυτικό όριο ανίχνευσης των σύγχρονων αισθητήρων (∼10 nM). Οι απότομες διαβαθμίσεις οξυγόνου πάνω και κάτω από τον πυρήνα της OMZ οδηγούν σε κάθετη δομή των μικροβιακών κοινοτήτων που ποικίλλουν επίσης μεταξύ των κλασμάτων μεγέθους που σχετίζονται με σωματίδια (PA) και των κλασμάτων ελεύθερης διαβίωσης (FL). Εδώ, χρησιμοποιούμε αλληλούχιση αμπλικονίου 16S (iTags) για να αναλύσουμε την ποικιλομορφία και την κατανομή των προκαρυωτικών πληθυσμών μεταξύ των κλασμάτων μεγέθους FL και PA και μεταξύ του εύρους των συνθηκών οξειδοαναγωγής περιβάλλοντος. Οι υδρογραφικές συνθήκες στην περιοχή μελέτης μας ήταν διαφορετικές από εκείνες που είχαν αναφερθεί προηγουμένως στην ETNP και σε άλλες OMZ, όπως η ETSP. Ίχνη συγκεντρώσεων οξυγόνου (∼0,35 μM) υπήρχαν σε όλο τον πυρήνα της OMZ στη θέση δειγματοληψίας μας. Συνεπώς, οι συσσωρεύσεις νιτρωδών που αναφέρονται συνήθως για πυρήνες OMZ απουσίαζαν, όπως και οι αλληλουχίες για βακτήρια anammox (γένος BrocadialesΚαντιντάτοςScalindua), τα οποία βρίσκονται συνήθως πέρα από τα οξικά-ανοξικά όρια σε άλλα συστήματα. Ωστόσο, οι κατανομές των βακτηρίων που οξειδώνουν την αμμωνία (AOB) και των αρχαίων (AOA) και οι μέγιστοι ρυθμοί αυτοτροφικής αφομοίωσης άνθρακα (1,4 μM C d–1) συνέπεσε με μια έντονη μέγιστη συγκέντρωση αμμωνίου κοντά στην κορυφή του πυρήνα OMZ. Επιπλέον, μέλη του γένουςΝιτροσπίνα, υπήρχε ένα κυρίαρχο κλάδεμα βακτηρίων που οξειδώνουν τα νιτρώδη (NOB), γεγονός που υποδηλώνει ότι τόσο η οξείδωση αμμωνίας όσο και η οξείδωση νιτρωδών συμβαίνουν σε ίχνη οξυγόνου. Η ανάλυση της δοκιμής ομοιότητας (ANOSIM) και η μη μετρική διαστατική κλίμακα (nMDS) αποκάλυψε ότι οι βακτηριακές και αρχαϊκές φυλογενετικές αναπαραστάσεις ήταν σημαντικά διαφορετικές μεταξύ των κλασμάτων μεγέθους. Με βάση τα προφίλ ANOSIM και iTag, η σύνθεση των συνόλων PA επηρεάστηκε λιγότερο από το επικρατούν βιογεωχημικό καθεστώς που εξαρτάται από το βάθος σε σχέση με το κλάσμα FL. Με βάση την παρουσία AOA, NOB και ίχνη οξυγόνου στον πυρήνα της OMZ, υποστηρίζουμε ότι η νιτροποίηση είναι μια ενεργή διαδικασία στον κύκλο του αζώτου αυτής της περιοχής της OMZ ETNP.
Εισαγωγή
Σε απάντηση στη συνεχιζόμενη κλιματική αλλαγή και στις τοπικές ανθρώπινες δραστηριότητες, οι συγκεντρώσεις διαλυμένου οξυγόνου έχουν μειωθεί στον ανοιχτό ωκεανό και στα παράκτια θαλάσσια συστήματα (Μπράιτμπουργκ κ.ά., 2018Η εκτιμώμενη απώλεια οξυγόνου από τον ανοιχτό ωκεανό κατά τη διάρκεια των τελευταίων 60 ετών υπερβαίνει το 2% (Σμιτκό κ.ά., 2017), δημιουργώντας ανησυχίες σχετικά με τις συνέπειες της επέκτασης της ζώνης με μειωμένο οξυγόνο (Paulmier και Ruiz-Pino, 2009). Οι ανοιχτές ωκεάνιες OMZ σχηματίζονται όταν η υψηλή πρωτογενής παραγωγή στην επιφάνεια τροφοδοτεί τη βιολογική ζήτηση οξυγόνου στα υπόγεια ύδατα που υπερβαίνει τους ρυθμούς φυσικού αερισμού σε βάθος. Οι συγκεντρώσεις οξυγόνου στις στήλες νερού των OMZ μπορούν να έχουν απότομες κλίσεις (οξυκλινή) πάνω και κάτω από τον πυρήνα με μειωμένο οξυγόνο, δημιουργώντας υποξικά (συνήθως μεταξύ 2 και ~90 μM), υποξικά (<2 μM) και ανοξικά (κάτω από το όριο ανίχνευσης (~10 nM) στρώματα ποικίλων διαστάσεων (Μπερτανιόλι και Στιούαρτ, 2018Οι διαβαθμίσεις οξυγόνου οδηγούν σε κάθετη δομή των μεταζωικών και μικροβιακών κοινοτήτων και σε βιογεωχημικές διεργασίες κατά μήκος αυτών των εκτεταμένων οξυκλινών (Μπελμάρ κ.ά., 2011).
Μερικά από τα υψηλότερα ποσοστά απώλειας αζώτου έχουν καταγραφεί στις OMZ του Ανατολικού Τροπικού Βόρειου Ειρηνικού (ETNP) και του Νότιου Ειρηνικού (ETSP) (Callbeck κ.ά., 2017;Πεν κ.ά., 2019), η μόνιμα στρωματοποιημένη λεκάνη Cariaco (Μόντες κ.ά., 2013), η Αραβική Θάλασσα (Ward κ.ά., 2009), και η OMZ του συστήματος ανάφλεξης Benguela (Κάιπερς κ.ά., 2005Σε αυτά τα συστήματα, οι μικροβιακές διεργασίες της κανονικής απονιτροποίησης (ετερότροφη αναγωγή των νιτρικών σε ενδιάμεσα αζωτούχα και συχνά σε αέριο διαζωτο) και της αναμοξ (αναερόβια οξείδωση αμμωνίου) οδηγούν σε απώλειες αζώτου που μπορούν δυνητικά να περιορίσουν την πρωτογενή παραγωγή (Ward κ.ά., 2007Επιπλέον, οι εκπομπές υποξειδίου του αζώτου από τους ωκεανούς (ένα ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου) από τη μικροβιακή απονιτροποίηση που συμβαίνει στις OMZ εκτιμάται ότι αντιπροσωπεύουν τουλάχιστον το ένα τρίτο των παγκόσμιων φυσικών εκπομπών υποξειδίου του αζώτου (Νάκβι κ.ά., 2010).
Η OMZ ETNP είναι μια μεγάλη, επίμονη και εντεινόμενη ζώνη ελάχιστου οξυγόνου που αντιπροσωπεύει σχεδόν το ήμισυ της συνολικής έκτασης των παγκόσμιων OMZ, βρίσκεται μεταξύ 0–25°Β γεωγραφικού πλάτους και 75 και 180°Δ γεωγραφικού μήκους (Paulmier και Ruiz-Pino, 2009;Σμιτκό κ.ά., 2017Λόγω της οικολογικής τους σημασίας, η βιογεωχημεία και η μικροβιακή ποικιλομορφία των διαφόρων περιοχών ETNP OMZ έχουν μελετηθεί εντατικά (π.χ.,Μπέμαν και Κάρολαν, 2013;Ντουρέτ κ.ά., 2015;Ganesh et al., 2015;Χρονοπούλου κ.ά., 2017;Πακ κ.ά., 2015;Πενγκ κ.ά., 2015). Προηγούμενες μελέτες αναφέρουν ότι το διαλυμένο οξυγόνο σε αυτόν τον πυρήνα της OMZ (βάθος ∼250–750 m) είναι συνήθως κοντά ή κάτω από τα αναλυτικά όρια ανίχνευσης (∼10 nM) (Τιάνο κ.ά., 2014;Γκαρσία-Ρομπλέντο κ.ά., 2017Ωστόσο, κατά μήκος του βόρειου περιθωρίου της OMZ του ETNP (τοποθεσία μελέτης ~22°Β) οι συγκεντρώσεις οξυγόνου στα 500 m μπορούν να φτάσουν σε ετήσιους μέσους όρους μεταξύ 10 και 20 μM (Paulmier και Ruiz-Pino, 2009; Δεδομένα από τον Παγκόσμιο Άτλαντα των Ωκεανών 2013)1Κατά τη διάρκεια της επιτόπιας έρευνας που αναφέρεται στο παρόν, μετρήσαμε οξυγόνο στον πυρήνα της OMZ σε επαρκείς συγκεντρώσεις (0,35 μM) για να υποστηρίξουμε αερόβιες μικροβιακές διεργασίες, όπως η οξείδωση αμμωνίου και νιτρωδών, και να αναστείλουμε εν μέρει σημαντικές αναερόβιες μικροβιακές διεργασίες. Αερόβιες μικροβιακές διεργασίες έχουν ανιχνευθεί προηγουμένως σε φαινομενικά υποξικά ή ανοξικά στρώματα της ETNP OMZ (Πενγκ κ.ά., 2015;Γκαρσία-Ρομπλέντο κ.ά., 2017;Πεν κ.ά., 2019Ωστόσο, οι παράγοντες που ελέγχουν την κατανομή και τις δραστηριότητες συγκεκριμένων λειτουργικών ομάδων μικροοργανισμών στις ΟΜΖ δεν έχουν ακόμη κατανοηθεί πλήρως.
Η παρουσία νιτροποιητών όπου το οξυγόνο είναι μη ανιχνεύσιμο σε μια ΟΜΖ μπορεί να εξηγηθεί από πρόσφατες μετατοπίσεις στην κατακόρυφη θέση της οξυκλινής γραμμής λόγω επεισοδιακού κατακόρυφου αερισμού οξυγόνου, ο οποίος μπορεί να οδηγήσει σε εφήμερα ίχνη οξυγόνου εντός των πυρήνων της ΟΜΖ (Muller-Karger κ.ά., 2001;Ulloa κ.ά., 2012;Γκαρσία-Ρομπλέντο κ.ά., 2017). Τέτοιες παροδικές συνθήκες μπορούν να αξιοποιηθούν από αερόβιους ή μικροαερόφιλους πληθυσμούς, συμπεριλαμβανομένων των νιτροποιητών. Επιπλέον, τα βυθιζόμενα σωματίδια από τα επιπελαγικά κύτταρα (συσσωματωμένα κύτταρα, κοπρανώδη σφαιρίδια και σύνθετα οργανικά υλικά) μπορούν να περιέχουν ίχνη οξυγόνου (Ganesh et al., 2014). Έτσι, το οξυγόνο και τα αερόβια μικρόβια μπορούν να μεταφερθούν σε κατά τα άλλα ανοξικά νερά, επιτρέποντας προσωρινά την πραγματοποίηση αερόβιων μεταβολισμών σε συνδυασμό με σωματίδια. Τα σωματίδια είναι γνωστό ότι αποτελούν θερμά σημεία μικροβιακού βιογεωχημικού κύκλου (Σάιμον κ.ά., 2002;Ganesh et al., 2014) και μπορεί να υποστηρίξει αντίθετες αναερόβιες ή αερόβιες μικροβιακές διεργασίες που δεν παρατηρούνται στην ελεύθερη ζώσα κατάσταση (Άλντρετζ και Κοέν, 1987;Ράιτ κ.ά., 2012;Σούτερ κ.ά., 2018).
Στην παρούσα μελέτη, διερευνούμε τις προκαρυωτικές κοινότητες που καταλαμβάνουν το βόρειο περιθώριο της OMZ του ETNP και τους περιβαλλοντικούς παράγοντες που πιθανώς επηρεάζουν τις κατακόρυφες κατανομές τους χρησιμοποιώντας αλληλούχιση αμπλικονίων 16S (iTags) σε συνδυασμό με πολυμεταβλητές στατιστικές. Εξετάσαμε δύο κλάσματα μεγέθους: το κλάσμα ελεύθερης διαβίωσης (0,2–2,7 μm) και το κλάσμα που σχετίζεται με σωματίδια (>2,7 μm, που συλλαμβάνει σωματίδια καθώς και κύτταρα προτιστάν) σε πολλαπλά βάθη κατά μήκος της οξυκλινής γραμμής που αντιστοιχούν σε διακριτές οξειδοαναγωγικές συνθήκες.
Μπορούμε να παρέχουμε αισθητήρες διαλυμένου οξυγόνου με διαφορετικές παραμέτρους, έτσι ώστε η μοριακή συγκέντρωση να μπορεί να παρακολουθείται σε πραγματικό χρόνο. Καλώς ορίσατε να συμβουλευτείτε.
https://www.alibaba.com/product-detail/Wifi-4G-Gprs-RS485-4-20mA_1600559098578.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu
https://www.alibaba.com/product-detail/Maintenance-Free-Fluorescence-Optical-Water-Dissolved_1600257132247.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu
Ώρα δημοσίευσης: 05 Ιουλίου 2024