科學家們發現了深海中一個意想不到的食物來源，這可能會改變研究人員對海洋生態系統和地球碳循環的理解。丹麥南丹麥大學（SDU）的一項新研究表明，深海微生物實際上並非生活在如此貧瘠的環境中。
該研究發現，被稱為「海洋雪」的微小沉降顆粒在下降到深海時，會釋放出溶解的碳和氮。這些洩漏的營養物質立即成為周圍海水中微生物的食物來源。
深海壓力釋放隱藏的營養物質
海洋雪是由微小的藻類、微生物和其他有機物質的團塊組成，它們漂浮在海洋中。根據這項研究，一旦這些顆粒到達約 2 至 6 公里的深度，巨大的靜水壓力就會開始將溶解的有機物從中擠壓出來。
研究的第一作者、來自 Nordcee 和丹麥深淵研究中心（Danish Center for Hadal Research）的生物學家兼副教授 Peter Stief 表示：「壓力幾乎就像一個巨大的榨汁機。它將溶解的有機化合物從顆粒中擠壓出來，微生物可以立即使用它們。」
這些發現發表在《Science Advances》期刊上，論文標題為「Hydrostatic pressure induces strong leakage of dissolved organic matter from 'marine snow' particles」（靜水壓力誘導海洋雪顆粒強烈洩漏溶解性有機物）。
研究人員估計，在下降過程中，海洋雪可能會損失高達 50% 的原始碳和 58% 至 63% 的原始氮。
這項發現可能重塑對碳循環的理解
這些結果對地球的碳循環也具有重要意義。
科學家們長期以來一直認為，海洋雪攜帶的大部分碳最終會被埋藏在深海沉積物中。然而，如果大量碳在顆粒到達海底之前就已洩漏，那麼沉積物中永久儲存的碳量可能比先前認為的要少。
取而代之的是，這些溶解的碳大部分仍懸浮在深海水中，在那裡可以停留數百年甚至數千年，然後才逐漸返回上層海洋，最終回到大氣層。相比之下，被埋藏在海底沉積物中的碳可以被鎖定數百萬年，經過漫長的時間積累。今天開採的大部分石油和天然氣就是通過這種長期的埋藏過程形成的。
Peter Stief 說：「這個過程影響了海洋能夠儲存多少碳以及儲存多久。這對於理解氣候過程和改進未來模型至關重要。」
模擬極端壓力下的海洋雪
為了研究這個過程，研究人員在實驗室中利用矽藻（diatoms）重現了海洋雪。矽藻是微小的藻類，它們在沉降過程中會自然地結成團塊。
研究團隊將這些人造顆粒放入特製的旋轉壓力罐中，使海洋雪保持懸浮狀態，而不是讓其沉降。這種設置使研究人員能夠在類似於深海的條件下測量有多少碳和氮洩漏出來。
他們的實驗表明，顆粒的碳含量高達一半會在下沉過程中洩漏。大多數洩漏的物質是蛋白質和碳水化合物，這些是可以被自由生活的深海微生物輕易食用的。
洩漏的營養物質迅速促進了微生物的生長。
僅在兩天內，細菌數量就增加了 30 倍，呼吸速率也顯著升高。這些結果表明，從海洋雪中釋放出的溶解性有機物為生活在深處的微生物提供了快速而寶貴的能量來源。
研究人員還觀察到多種矽藻物種都出現了相同的洩漏模式，這表明這種機制可能在世界各地的海洋中廣泛存在。
研究的下一階段將從實驗室轉向開放海洋。
該團隊計劃在未來一次乘坐德國研究船 Polarstern 前往北極的考察中，在表層水和深層水中尋找該過程的分子指紋。在自然界中檢測到這些標記將有助於證實實驗室觀察到的壓力驅動洩漏確實發生在整個深海中。
該研究「Hydrostatic pressure induces strong leakage of dissolved organic matter from 'marine snow' particles」由 Peter Stief、Jutta Niggemann、Margot Bligh、Hagen Buck-Wiese、Urban Wünsch、Michael Steinke、Jan-Hendrik Hehemann 和 Ronnie N. Glud 撰寫。
該研究得到了丹麥國家研究基金會、歐盟地平線 2020 研究與創新計畫以及丹麥獨立研究基金會的支持。
