科學家對深海沉積物中的真核生物DNA進行大規(guī)模測序

深海海底是地球上探索最少的生態(tài)系統(tǒng)，盡管它覆蓋了地球表面的60%以上。深海沉積物中大量未知的生命，從底棲動物到微生物，幫助回收或封存來自浮游生物群落的沉降(非)有機物，而浮游生物在數(shù)量上占主導地位。因此，底棲生態(tài)系統(tǒng)支撐著對地球具有重要意義的兩大生態(tài)系統(tǒng)服務：海洋食物網的健康運作和地質時間尺度上的碳埋藏，這兩者都是地球氣候的關鍵調節(jié)器。

來自挪威研究中心(NORCE)、Bjerknes氣候研究中心、日內瓦大學以及法國的CNRS/Genoscope和IFREMER的研究人員對所有主要大洋盆地的深海沉積物中的真核生物DNA進行了大規(guī)模測序，并將這些新數(shù)據(jù)與Tara Oceans和Malaspina環(huán)形全球考察隊獲得的現(xiàn)有全球規(guī)模浮游生物數(shù)據(jù)集進行對比。這提供了從表層到深海沉積物的整個海洋真核生物多樣性的第一個統(tǒng)一視野，使海洋生態(tài)問題首次在全球范圍內和在海洋的三維空間中得到解決，代表了向 “一個海洋生態(tài)學”邁出的重要一步。

NORCE和挪威Bjerknes氣候研究中心的研究員、該研究的主要作者Tristan Cordier說：“有了全世界從表面到深海海底的近1700個樣本和20億條DNA序列，高通量環(huán)境基因組學極大地擴展了我們研究和了解深海生物多樣性、其與上面水體的聯(lián)系以及全球碳循環(huán)的能力。”

什么東西生活在這個黑暗和惡劣的環(huán)境中?

通過比較沉積物的DNA序列和來自遠洋領域的DNA序列，有可能將本地的底棲生物與從上層水柱到達海底的沉浮物區(qū)分開來。結果表明，這種底棲生物的多樣性可能比上面的水體大三倍;而且這種多樣性是由非常不同的分類群組成的，這些分類群大多是未知的。

“我們將我們的深海底棲動物DNA序列與所有已知真核生物的參考序列進行了比較。我們的數(shù)據(jù)表明，近三分之二的底棲生物多樣性不能歸入任何已知的組別，揭示了我們在海洋生物多樣性知識方面的一個重大空白，”日內瓦大學遺傳學和進化系以及位于索波特的波蘭科學院海洋學研究所的教授Jan Pawlowski說。

深海沉積物中的浮游生物DNA能告訴我們什么?

對深海沉積物中浮游生物DNA的豐度和組成的分析證實，極地地區(qū)是碳封存的熱點地區(qū)。此外，沉積物中浮游生物DNA的組成預測了生物泵的強度變化，這是一個將大氣中的二氧化碳轉移到深海的生態(tài)系統(tǒng)過程，從而調節(jié)了全球氣候。

法國羅斯科夫國家科學研究中心的研究員Colomban de Vargas說：“我們第一次可以了解浮游生物群落的哪些成員對生物泵貢獻最大，這可以說是海洋中最基本的生態(tài)系統(tǒng)過程。”

深海將如何受到全球變化的影響?

這個基因組數(shù)據(jù)集代表了現(xiàn)代海洋中整個真核生物多樣性的第一個一致快照。它提供了一個獨特的機會，從累積的沉積物記錄中包含的DNA來重建古代海洋，以評估氣候在過去如何影響浮游生物和底棲生物群落。

“我們的數(shù)據(jù)不僅可以解決關于海洋真核生物的生物多樣性、生物地理學和連接性的全球規(guī)模問題。它還可以作為一個基礎，從古代沉積DNA檔案中重建生物泵過去的功能。然后，它將為其在更溫暖的海洋中的未來力量提供信息，這對于模擬氣候變化下的未來碳循環(huán)是很關鍵的，”Tristan Cordier解釋說。

“我們的研究進一步表明，深海生物多樣性的研究是極其重要的。大量未知的生物棲息在海底沉積物中，并且一定在生態(tài)和生物地球化學過程中發(fā)揮著基本作用。如果我們要保護這些巨大的、相對原始的生態(tài)系統(tǒng)不受未來可能的人類入侵的影響，并了解氣候變化對它的影響，更好地了解這種豐富的多樣性是至關重要的。”南安普頓國家海洋學中心的名譽研究員Andrew J. Gooday總結道，他也參與了這項研究。