尽管其栖息地具有明显的季节性，但北极沉积物中的细菌群落在分类学和功能上都非常稳定。来自德国不莱梅的研究人员在极夜和午夜阳光交替的时期研究了斯瓦尔巴群岛附近海底细菌的组成和功能。为此，他们专门开发了一种采样装置，Ellrott抓斗。与上覆水中的细菌群落相反，沉积物细菌几乎不随季节变化。这可能是因为海底常年都有一些难以消化的食物。
北极寒冷且不适宜生命生存，但它却是大量微生物的家园，这些微生物的活动对我们星球上的生命有着重大影响。例如，海底细菌在处理死亡生物的生物量方面发挥着核心作用，从而将所含的碳转化为难以降解的物质，可以长期储存。
除了寒冷之外，不寻常的季节性也是极地栖息地的一个显着特征——白天和黑夜并不是每十二个小时交替一次，而是全年在午夜太阳和极夜之间波动。这对依赖阳光的当地初级生产产生巨大影响。夏季，海水中的微小藻类繁衍生息，陆地上的生命也繁衍生息。冬季，初级生产基本陷入停滞。对于由此产生的有机物输入的强烈波动对海底细菌的影响程度进行的研究很少。
为了解决这一知识差距，德国不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所的一组研究人员在一年中的不同时间访问了斯瓦尔巴群岛，调查当地的细菌沉积物群落。他们现在在《ISME杂志》上发表了他们的发现。
酶比细菌的变化更多
令人惊讶的是，考虑到环境条件，海底细菌群落的表现并不如预期。“虽然有机物质的输入及其周转率在一年中波动很大，但细菌群落的组成乍一看几乎没有变化，”首席研究员卡特琳·尼特尔(KatrinKnittel)报告说。
因此，海底细菌的行为与水中细菌的行为非常不同，其中许多细菌表现出明显的季节性。“底栖细菌群落——即海底的细菌群落——非常复杂，”克尼特尔补充道。“这就是它们如此稳定和强大的原因，这使得我们调查它们的动态变得非常具有挑战性。”
为了更好地理解这种意想不到的行为，不来梅马克斯·普朗克研究所的克尼特尔和她的团队现在研究了细菌的所谓功能多样性。在午夜太阳和极夜之间，海底细菌的活性有多大变化?
为了找到答案，他们分析了细菌拥有哪些基因来分解藻类糖，以及它们使用这些基因的程度。“虽然季节之间细菌群落的组成几乎没有差异，但我们发现碳水化合物降解酶的基因表达在冬季和春季之间发生变化，”第一作者SebastianMiksch解释道，他作为博士论文的一部分参与了该项目。
在冬季，分解α-葡聚糖(例如糖原)的酶占主导地位。α-葡聚糖是异养细菌、动物和真菌的细胞内储存化合物。它们在一年中的剩余时间里也可以使用，但随后就不那么重要了。然而，在春天，有更多的酶可以分解β-葡聚糖，例如海藻成分昆布多糖。然后，β-葡聚糖数量如此之多，其中一些可能会被留作储存以供今年晚些时候使用。
“这些酶反映了不同季节细菌可以利用哪些藻类成分，尤其是藻类糖，”克尼特尔解释道。“这和去这里的农贸市场没什么不同：虽然在阳光明媚的季节里有很多不同的新鲜水果和蔬菜，但在冬天的某个时候，只剩下储存的土豆了。”
因此，海底的细菌可以利用从水柱中沉降的新鲜物质，特别是在春季和夏季，例如前面提到的昆布多糖。然而，它们也可以消耗海底已经存在或在那里生产的物质。这包括粘蛋白等美味食物，也包括甲壳素等坚韧块状物。细菌全年都会蚕食这些物质。这种食物来源在冬季尤其重要，因为此时其他投入物稀缺。它们的长期可用性它们的长期可用性稳定了海底的细菌群落。
“这些发现发生在非常小的范围内，但在更大的背景下很重要：当细菌消耗藻类糖时，它们会释放二氧化碳。而二氧化碳是一种非常重要的温室气体，”克尼特尔指出。因此，微小的海洋居民可以对全球进程产生影响。
小巧、轻便、实用：Ellrott抓斗
总体而言，北极海底的细菌群落在整个季节中出奇地均匀。尽管季节性很强，但社区在两个季节都存在且活跃。然而，导致克尼特尔团队研究斯匹次卑尔根海底细菌的困难的不仅仅是内部动力学。这在方法论上也具有挑战性。
参与该项目的博士生ChyreneMoncada解释说：“要获得未受干扰的海底样本和沙粒之间的孔隙水样本非常困难。”“这就是我们开发自己的设备的原因：Ellrott抓斗。”这种采样装置发表在《湖沼学与海洋学：方法》杂志上的一篇文章中，以其开发者和合著者安德烈亚斯·埃尔罗特(AndreasEllrott)的名字命名，可以在不干扰沙质沉积物的情况下从沙质沉积物中采集沉积物样本。
该抓斗体积小、重量轻，非常适合在小型研究船上使用。“Andreas是一位出色的工程师，他从头开始设计和制造了抓斗，并在3D打印机中亲自制造了许多组件，”Moncada说道。“迄今为止，我们已经使用Ellrott抓斗从瓦登海和斯瓦尔巴群岛峡湾采集了100多个沉积物样本，并且我们计划采集更多样本。”
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