Itäinen trooppinen Pohjois-Tyynenmeren alue (ETNP) on laaja, pysyvä ja voimistuva happiminimivyöhyke (OMZ), joka kattaa lähes puolet maailmanlaajuisten OMZ-alueiden kokonaispinta-alasta. OMZ-ytimessä (∼350–700 m syvyys) liuenneen hapen määrä on tyypillisesti lähellä tai alle nykyaikaisten antureiden analyyttisen havaitsemisrajan (∼10 nM). Jyrkät happigradientit OMZ-ytimen ylä- ja alapuolella johtavat mikrobiyhteisöjen vertikaaliseen rakenteeseen, joka vaihtelee myös hiukkasiin liittyvien (PA) ja vapaasti elävien (FL) mikrobien kokofraktioiden välillä. Tässä tutkimuksessa käytämme 16S-amplikonisekvensointia (iTags) analysoidaksemme prokaryoottisten populaatioiden monimuotoisuutta ja jakautumista FL- ja PA-kokofraktioiden välillä sekä ympäristön redox-olosuhteiden alueella. Tutkimusalueemme hydrografiset olosuhteet poikkesivat aiemmin ETNP:ssä ja muissa OMZ-alueilla, kuten ETSP:ssä, raportoiduista. Näytteenottopaikallamme OMZ-ytimessä havaittiin pieniä happipitoisuuksia (∼0,35 μM). Näin ollen OMZ-ytimille tyypillisiä nitriittikertymiä ei havaittu, samoin kuin anammoksibakteerien (Brocadiales-sukuCandidatusScalindua), joita esiintyy yleisesti oksi-anoksisten rajojen yli muissa systeemeissä. Ammoniakkia hapettavien bakteerien (AOB) ja arkkien (AOA) jakaumat ja maksimaaliset autotrofisen hiilen assimilaationopeudet (1,4 μM Cd–1) osui samaan aikaan voimakkaan ammoniumpitoisuuden maksimin kanssa lähellä OMZ-ytimen yläosaa. Lisäksi suvun jäsenetNitrospina, läsnä oli dominantti nitriittiä hapettava bakteeriryhmä (NOB), mikä viittaa siihen, että sekä ammoniakin että nitriitin hapettumista tapahtuu pienillä happipitoisuuksilla. Samankaltaisuustestin (ANOSIM) ja ei-metrisen dimensioskaalan (nMDS) analyysi paljasti, että bakteerien ja arkeonien fylogeneettiset esitykset erosivat merkittävästi kokoluokkien välillä. ANOSIM- ja iTag-profiilien perusteella PA-yhteisöjen koostumukseen vallitseva syvyysriippuvainen biogeokemiallinen järjestelmä vaikutti vähemmän kuin FL-jakeeseen. AOA:n, NOB:n ja pienten hapen esiintymisen perusteella OMZ-ytimessä ehdotamme, että nitrifikaatio on aktiivinen prosessi typpikierrossa tällä ETNP OMZ -alueen alueella.
Johdanto
Jatkuvan ilmastonmuutoksen ja paikallisen ihmisen toiminnan seurauksena liuenneen hapen pitoisuudet ovat laskeneet avomerellä ja rannikkomeriympäristöissä.Breitburg ym., 2018). Arvioitu happihävikki avomereltä viimeisten 60 vuoden aikana on yli 2 % (Schmidtko ym., 2017), mikä herättää huolta hapettoman vyöhykkeen laajenemisen seurauksista (Paulmier ja Ruiz-Pino, 2009). Avomeren OMZ-vyöhykkeet muodostuvat, kun korkea pintatuotanto ruokkii pohjavesien biologista hapenkulutusta, joka ylittää fyysisen ventilaation nopeuden syvyydessä. OMZ-vesipatsaiden happipitoisuuksilla voi olla jyrkkiä gradientteja (oksikliini) hapettoman ytimen ylä- ja alapuolella, mikä luo vaihtelevia mittoja omaavia hypoksisia (tyypillisesti 2–∼90 μM), suboksisia (<2 μM) ja anoksisia (havaitsemisrajan alapuolella (∼10 nM)) kerroksia.Bertagnolli ja Stewart, 2018Happigradientit johtavat metazoa- ja mikrobiyhteisöjen vertikaaliseen rakentumiseen ja biogeokemiallisiin prosesseihin näiden laajojen oksikliinien varrella (Belmar ym., 2011).
Joitakin korkeimmista typpihävikkiluvuista on kirjattu itäisen trooppisen Pohjois-Tyynenmeren (ETNP) ja eteläisen Tyynenmeren (ETSP) vyöhykkeillä.Callbeck ym., 2017;Penn ym., 2019), pysyvästi kerrostunut Cariacon allas (Montes ym., 2013), Arabianmeri (Ward ym., 2009) ja Benguelan yläpuolisen järjestelmän OMZ (Kuypers ym., 2005Näissä järjestelmissä kanonisen denitrifikaation (nitraatin heterotrofinen pelkistyminen typpivälituotteiksi ja usein dityppikaasuksi) ja anammoksin (anaerobinen ammoniumin hapettuminen) mikrobiset prosessit johtavat typpihävikkiin, jotka voivat mahdollisesti rajoittaa perustuotantoa (Ward ym., 2007Lisäksi OMZ-alueilla tapahtuvasta mikrobien denitrifikaatiosta peräisin olevien valtamerien typpioksiduulipäästöjen (voimakas kasvihuonekaasu) arvioidaan muodostavan vähintään kolmanneksen maailmanlaajuisista luonnollisista typpioksiduulipäästöistä (Naqvi ym., 2010).
ETNP OMZ on laaja, pysyvä ja voimistuva happiminimivyöhyke, joka kattaa lähes puolet maailmanlaajuisten OMZ-alueiden kokonaispinta-alasta ja sijaitsee 0–25°N leveysasteen ja 75° ja 180°W pituusasteen välillä.Paulmier ja Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko ym., 2017). Eri ETNP OMZ -alueiden biogeokemiaa ja mikrobien monimuotoisuutta on niiden ekologisen merkityksen vuoksi tutkittu intensiivisesti (esim.Beman ja Carolan, 2013;Duret ym., 2015;Ganesh ym., 2015;Chronopoulou ym., 2017;Pack ym., 2015;Peng ym., 2015Aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että liuenneen hapen määrä tässä OMZ-ytimessä (∼250–750 m syvyys) on tyypillisesti lähellä analyyttisiä havaitsemisrajoja (∼10 nM) tai niiden alapuolella.Tiano ym., 2014;Garcia-Robledo ym., 2017). ETNP:n OMZ:n pohjoisreunalla (tutkimuspaikan sijainti noin 22°N) happipitoisuudet 500 metrin korkeudella voivat kuitenkin nousta vuotuisiin keskiarvoihin 10–20 μM (Paulmier ja Ruiz-Pino, 2009Tiedot World Ocean Atlas 2013 -teoksesta1Tässä raportoidun kenttäkampanjan aikana mittasimme OMZ-ytimessä happea riittävinä pitoisuuksina (0,35 μM) tukemaan aerobisia mikrobiprosesseja, kuten ammoniumin ja nitriitin hapettumista, ja estämään osittain tärkeitä anaerobisia mikrobiprosesseja. Aerobisia mikrobiprosesseja on aiemmin havaittu ETNP OMZ:n näennäisesti suboksisissa tai anoksisissa kerroksissa (Peng ym., 2015;Garcia-Robledo ym., 2017;Penn ym., 2019). Mikro-organismien tiettyjen funktionaalisten ryhmien jakautumista ja aktiivisuutta OMZ-vyöhykkeillä sääteleviä tekijöitä ei kuitenkaan vielä täysin ymmärretä.
Nitrifioivien aineiden läsnäolo OMZ-alueella, jossa happea ei voida havaita, voidaan selittää oksikliinin pystysuoran sijainnin viimeaikaisilla muutoksilla, jotka johtuvat episodisesta vertikaalisesta happiventilaatiosta, mikä voi johtaa lyhytaikaisiin happijäämien pitoisuuksiin OMZ-ytimissä (Muller-Karger ym., 2001;Ulloa ym., 2012;Garcia-Robledo ym., 2017). Tällaisia ohimeneviä olosuhteita voivat hyödyntää aerobiset tai mikroaerofiiliset populaatiot, mukaan lukien nitrifikaattorit. Lisäksi epipelagisesta kerroksesta peräisin olevat uppoavat hiukkaset (aggregoituneet solut, ulostepelletit ja monimutkaiset orgaaniset aineet) voivat sisältää pieniä määriä happea (Ganesh ym., 2014). Näin ollen happea ja aerobisia mikrobeja voidaan kuljettaa muuten hapettomiin vesiin, mikä mahdollistaa tilapäisen aerobisen aineenvaihdunnan tapahtumisen hiukkasten yhteydessä. Hiukkasten tiedetään olevan mikrobien biogeokemiallisen kierron kuumia paikkoja (Simon ym., 2002;Ganesh ym., 2014) ja voi tukea vastakkaisia anaerobisia tai aerobisia mikrobiprosesseja, joita ei havaita vapaassa tilassa (Alldredge ja Cohen, 1987;Wright ym., 2012;Suter ym., 2018).
Tässä tutkimuksessa tutkimme ETNP:n OMZ:n pohjoisreunalla eläviä prokaryoottisia yhteisöjä ja niiden vertikaaliseen jakaumaan todennäköisesti vaikuttavia ympäristötekijöitä käyttämällä 16S-amplikonisekvensointia (iTags) yhdistettynä monimuuttujatilastoihin. Tutkimme kahta kokoluokkafraktiota: vapaasti elävien (0,2–2,7 μm) fraktiota ja hiukkasiin sitoutuneiden (> 2,7 μm, joka vangitsee sekä hiukkasia että protistanisoluja) fraktiota useilla syvyyksillä oksikliinin varrella, jotka vastaavat erillisiä redox-olosuhteita.
Voimme toimittaa liuenneen hapen antureita erilaisilla parametreilla, jotta molekyylipitoisuutta voidaan seurata reaaliajassa. Tervetuloa konsultoimaan.
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
Julkaisun aika: 05.07.2024