次测量单细胞生物对沉积物氧水平和细菌多样性的影响

Dewi Langlet 博士是冲绳科学技术研究所 (OIST)进化、细胞生物学和共生部门的科学家 ，研究有孔虫，这是一种外壳由碳酸钙制成的单细胞生物。他和他的合作者首次证明，海洋生态系统中单细胞生物的穴居会影响海洋沉积物中的氧气分布和细菌多样性。他们的研究结果发表在 《生物地球科学》杂志上。

有孔虫主要是海洋生物，已经存在了大约 5.5 亿年，当它们亡时，它们的壳会堆积在海底，成为海洋沉积物的一部分。

虽然它们是微生物(直径在 63 至 500 微米之间)，但与其他单细胞生物相比，它们仍然“大”，每个物种都有独特的形状。它们生活在从河口到深海的所有海洋沉积物中，并且数量丰富。

地质学家对它们进行了很长时间的研究，因为它们的壳可以化石，但我们对它们的生物学知之甚少。兰格莱博士正试图了解它们如何在沉积物中移动以及这如何影响整个海底生态系统。

当生物体通过在沉积物中移动并形成洞穴来扰乱沉积物时，就会发生生物扰动，这会影响沉积物颗粒的混合。这会影响颗粒的大小，调节沉积物中的水，并改变沉积物的化学成分。

生物涡轮机通常被称为“土壤耕耘者”，在确定养分可用性以及为许多物种提供食物和住所方面发挥着重要作用。它们还对许多自然过程和产出做出了重大贡献，统称为“生态系统服务”，我们人类从中受益匪浅。

“通常，在海洋沉积物表面，氧气被沉积物中的生物体消耗，随着深入，氧气逐渐减少。我们提出了这样的问题：“当有孔虫移动或打洞时，它们是否会影响沉积物中的氧气分布?”兰格特博士说。

“长期以来，人们一直假设它们会影响沉积物的氧化和化学性质，但从未得到证实，因为它们太小了，以至于很难检测到它们的影响。” 先前的研究表明，较大的多细胞生物(如蠕虫)通过形成洞穴来增加沉积物中的氧气渗透，但这一点从未在单细胞生物(如有孔虫)中得到证实。

通过创造洞穴，有孔虫正在小规模地改造它们的整个生态系统，使它们能够生活在通常没有氧气的沉积物深处。科学家们表明，通过穴居，它们不仅影响氧合作用，还影响有机物、细菌多样性，并最终影响沉积物中可用食物的数量。

为实验寻找足够的有孔虫是一个挑战。“对于一个大型水族馆，我们需要研究许多有孔虫，并且将它们分离出来以了解有多少是非常耗时的，因此我们必须使用少量的沉积物。“这一切都与小型化、使用小型系统有关，”兰莱特博士解释道。

由于这些生物体的尺寸非常小，因此它们对环境的影响相对较小，因此科学家需要非常精确的仪器(称为微传感器)来准确测量沉积物中氧气的分布。

在 OIST 的实验室中，Langlet 博士研究了微小的沉积物样本，每个样本宽约 1 厘米，并放置在装满水的水箱中。他在这些样本中添加了有孔虫，每隔几天测量不同深度的氧气水平如何变化。他发现，有孔虫的洞穴可以让氧气深入沉积物中，使氧气含量增加 15% 至 20%。这会导致有机物减少，从而导致细菌丰度减少，最终减少氧气从水中进入沉积物的运动。

兰格勒博士未来的研究将探索有孔虫与其他类似大小的生物以及蠕虫等较大动物之间的相互作用。“有孔虫是否与这些蠕虫创造的洞穴相互作用?它们的存在可能会放大这些洞穴的影响吗?” 他问。这些问题将指导他未来的调查。

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