Vzhodni tropski severni Pacifik (ETNP) je veliko, vztrajno in intenzivnejše območje minimalne vsebnosti kisika (OMZ), ki predstavlja skoraj polovico celotne površine svetovnih OMZ. Znotraj jedra OMZ (globina ~350–700 m) je raztopljeni kisik običajno blizu ali pod analitično mejo zaznavnosti sodobnih senzorjev (~10 nM). Strmi gradienti kisika nad in pod jedrom OMZ vodijo do vertikalnega strukturiranja mikrobnih združb, ki se razlikujejo tudi med velikostnimi frakcijami, povezanimi z delci (PA), in prostoživečimi (FL) mikrobi. Tukaj uporabljamo sekvenciranje 16S amplikonov (iTags) za analizo raznolikosti in porazdelitve prokariontskih populacij med velikostnimi frakcijami FL in PA ter med razponom okoljskih redoks pogojev. Hidrografske razmere na našem raziskovalnem območju so se razlikovale od tistih, o katerih smo prej poročali v ETNP in drugih OMZ, kot je ETSP. Sledi koncentracij kisika (~0,35 μM) so bile prisotne v celotnem jedru OMZ na naši lokaciji vzorčenja. Posledično so bile odsotne akumulacije nitritov, ki so bile običajno opisane za jedra OMZ, prav tako pa tudi zaporedja za bakterije anammox (rod BrocadialesKandidatScalindua), ki jih v drugih sistemih pogosto najdemo čez oksično-anoksične meje. Vendar pa porazdelitve bakterij, ki oksidirajo amonijak (AOB), in arhej (AOA) ter maksimalne stopnje avtotrofne asimilacije ogljika (1,4 μM C d–1) je sovpadal z izrazitim maksimumom koncentracije amonija blizu vrha jedra OMZ. Poleg tega so člani roduNitrospina, prisotna je bila dominantna klada nitritno oksidirajočih bakterij (NOB), kar kaže na to, da se oksidacija amonijaka in nitritov pojavlja pri sledovih kisika. Analiza testa podobnosti (ANOSIM) in nemetričnega dimenzijskega skaliranja (nMDS) je pokazala, da se bakterijske in arhejske filogenetske predstavitve med velikostnimi frakcijami bistveno razlikujejo. Na podlagi profilov ANOSIM in iTag je bila sestava združb PA manj pod vplivom prevladujočega globinsko odvisnega biogeokemičnega režima kot frakcije FL. Na podlagi prisotnosti AOA, NOB in sledov kisika v jedru OMZ predlagamo, da je nitrifikacija aktiven proces v dušikovem ciklu te regije ETNP OMZ.
Uvod
Zaradi nenehnih podnebnih sprememb in lokaliziranih človeških dejavnosti se koncentracije raztopljenega kisika v odprtem oceanu in obalnih morskih sistemih zmanjšujejo (Breitburg in drugi, 2018). Ocenjena izguba kisika iz odprtega oceana v zadnjih 60 letih presega 2 % (Schmidtko in drugi, 2017), kar povzroča zaskrbljenost glede posledic širjenja območja z osiromašenim kisikom (Paulmier in Ruiz-Pino, 2009). OMZ odprtega oceana nastanejo, ko visoka primarna produkcija na površini spodbuja biološko potrebo po kisiku v podzemnih vodah, ki presega stopnjo fizičnega prezračevanja v globini. Koncentracije kisika v vodnih stebrih OMZ imajo lahko strme gradiente (oksiklin) nad in pod jedrom, osiromašenim s kisikom, kar ustvarja hipoksične (običajno med 2 in ~90 μM), suboksične (<2 μM) in anoksične (pod mejo zaznavnosti (~10 nM) plasti različnih dimenzij (Bertagnolli in Stewart, 2018). Kisikovi gradienti vodijo do vertikalnega strukturiranja metazojskih in mikrobnih združb ter biogeokemičnih procesov vzdolž teh obsežnih oksiklinov (Belmar in drugi, 2011).
Nekatere najvišje stopnje izgube dušika so bile zabeležene v OMZ vzhodnega tropskega severnega Pacifika (ETNP) in južnega Pacifika (ETSP) (Callbeck in drugi, 2017;Penn in drugi, 2019), trajno stratificirana porečje Cariaco (Montes in drugi, 2013), Arabsko morje (Ward in drugi, 2009) in OMZ vzpenjajočega se sistema Benguela (Kuypers in drugi, 2005). V teh sistemih mikrobni procesi kanonične denitrifikacije (heterotrofna redukcija nitrata v dušikove intermediate in pogosto v plin didušik) in anammoxa (anaerobna amonijeva oksidacija) vodijo do izgub dušika, ki lahko potencialno omejijo primarno proizvodnjo (Ward in drugi, 2007). Poleg tega se ocenjuje, da oceanske emisije dušikovega oksida (močan toplogredni plin) zaradi mikrobne denitrifikacije, ki se pojavlja v OMZ, predstavljajo vsaj tretjino svetovnih naravnih emisij dušikovega oksida (Naqvi in drugi, 2010).
Območje minimalne vsebnosti kisika ETNP je veliko, vztrajno in intenzivnejše območje minimalne vsebnosti kisika, ki predstavlja skoraj polovico celotne površine svetovnih območij minimalne vsebnosti kisika, nahaja pa se med 0–25° severne zemljepisne širine in 75° ter 180° zahodne zemljepisne dolžine.Paulmier in Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko in drugi, 2017). Zaradi njihovega ekološkega pomena sta bili biogeokemija in mikrobna raznolikost različnih regij ETNP OMZ intenzivno preučevani (npr.Beman in Carolan, 2013;Duret in drugi, 2015;Ganesh in drugi, 2015;Chronopoulou et al., 2017;Pack in drugi, 2015;Peng in drugi, 2015). Prejšnje študije poročajo, da je raztopljeni kisik v tem jedru OMZ (globina ~250–750 m) običajno blizu ali pod analitičnimi mejami detekcije (~10 nM) (Tiano in drugi, 2014;Garcia-Robledo in drugi, 2017). Vendar pa lahko vzdolž severnega roba OMZ ETNP (lokacija študijskega območja ∼22°N) koncentracije kisika na 500 m dosežejo letno povprečje med 10 in 20 μM (Paulmier in Ruiz-Pino, 2009; Podatki iz Atlasa svetovnega oceana 2013)1Med terensko kampanjo, o kateri poročamo v tem dokumentu, smo v jedru OMZ izmerili kisik v zadostnih koncentracijah (0,35 μM), da bi podprli aerobne mikrobne procese, kot sta oksidacija amonija in nitritov, ter delno zavirali pomembne anaerobne mikrobne procese. Aerobne mikrobne procese so že prej zaznali v na videz suboksičnih ali anoksičnih plasteh ETNP OMZ (Peng in drugi, 2015;Garcia-Robledo in drugi, 2017;Penn in drugi, 2019). Vendar pa dejavniki, ki nadzorujejo porazdelitev in aktivnost specifičnih funkcionalnih skupin mikroorganizmov v OMZ, še niso povsem razumljeni.
Prisotnost nitrifikatorjev, kjer kisik v OMZ ni zaznaven, je mogoče pojasniti z nedavnimi premiki v vertikalnem položaju oksiklina zaradi epizodne vertikalne ventilacije s kisikom, kar lahko privede do kratkotrajnih sledov kisika v jedrih OMZ (Müller-Karger in drugi, 2001;Ulloa et al., 2012;Garcia-Robledo in drugi, 2017). Takšne prehodne razmere lahko izkoristijo aerobne ali mikroaerofilne populacije, vključno z nitrifikatorji. Poleg tega lahko potapljajoči se delci iz epipelagične plasti (agregirane celice, fekalne pelete in kompleksni organski materiali) vsebujejo sledove kisika (Ganesh in drugi, 2014). Tako se lahko kisik in aerobni mikrobi prenesejo v sicer anoksične vode, kar začasno omogoči aerobne presnove v povezavi z delci. Znano je, da so delci vroča mesta mikrobnega biogeokemičnega kroženja (Simon in drugi, 2002;Ganesh in drugi, 2014) in lahko podpirajo kontrastne anaerobne ali aerobne mikrobne procese, ki jih v prostoživečem stanju ne opazimo (Alldredge in Cohen, 1987;Wright in drugi, 2012;Suter in drugi, 2018).
V tej študiji raziskujemo prokariontske združbe, ki zasedajo severni rob OMZ ETNP, in okoljske dejavnike, ki verjetno vplivajo na njihovo vertikalno porazdelitev, z uporabo sekvenciranja 16S amplikonov (iTags) v povezavi z multivariatno statistiko. Preučili smo dve velikostni frakciji; prostoživečo frakcijo (0,2–2,7 μm) in frakcijo, povezano z delci (>2,7 μm, ki zajema delce in protistanske celice) na več globinah vzdolž oksikline, ki ustrezajo različnim redoks pogojem.
Nudimo senzorje raztopljenega kisika z različnimi parametri, tako da je mogoče molekularno koncentracijo spremljati v realnem času. Vabljeni k posvetovanju.
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
Čas objave: 05. julij 2024