Det østlige tropiske nordlige Stillehavet (ETNP) er en stor, vedvarende og intensiverende oksygenminimumssone (OMZ) som utgjør nesten halvparten av det totale arealet av globale OMZ-er. Innenfor OMZ-kjernen (∼350–700 m dybde) er oppløst oksygen vanligvis nær eller under den analytiske deteksjonsgrensen for moderne sensorer (∼10 nM). Bratte oksygengradienter over og under OMZ-kjernen fører til vertikal strukturering av mikrobielle samfunn som også varierer mellom partikkelassosierte (PA) og frittlevende (FL) størrelsesfraksjoner. Her bruker vi 16S amplikonsekvensering (iTags) for å analysere mangfoldet og fordelingen av prokaryote populasjoner mellom FL- og PA-størrelsesfraksjoner og blant de ulike omgivende redoksforholdene. De hydrografiske forholdene i vårt studieområde var forskjellige fra de som tidligere er rapportert i ETNP og andre OMZ-er, som ETSP. Sporkonsentrasjoner av oksygen (∼0,35 μM) var tilstede i hele OMZ-kjernen på vårt prøvetakingssted. Følgelig var nitrittopphopninger som vanligvis rapporteres for OMZ-kjerner fraværende, i likhet med sekvenser for anammox-bakterier (slekten BrocadialesKandidatScalindua), som ofte finnes på tvers av oksi-anoksiske grenser i andre systemer. Imidlertid er fordeling av ammoniakkoksiderende bakterier (AOB) og arkea (AOA) og maksimale autotrofiske karbonassimileringsrater (1,4 μM C d–1) falt sammen med et uttalt maksimum for ammoniumkonsentrasjon nær toppen av OMZ-kjernen. I tillegg medlemmer av slektenNitrospina, var en dominant nitrittoksiderende bakteriell (NOB)-klade tilstede, noe som tyder på at både ammoniakk- og nitrittoksidasjon forekommer ved sporkonsentrasjoner av oksygen. Analyse av likhetstest (ANOSIM) og ikke-metrisk dimensjonsskalering (nMDS) avslørte at bakterielle og arkeiske fylogenetiske representasjoner var signifikant forskjellige mellom størrelsesfraksjoner. Basert på ANOSIM- og iTag-profiler var sammensetningen av PA-samlinger mindre påvirket av det rådende dybdeavhengige biogeokjemiske regimet enn FL-fraksjonen. Basert på tilstedeværelsen av AOA, NOB og spor av oksygen i OMZ-kjernen, foreslår vi at nitrifikasjon er en aktiv prosess i nitrogensyklusen i denne regionen av ETNP OMZ.
Introduksjon
Som følge av pågående klimaendringer og lokalisert menneskelig aktivitet, har konsentrasjonene av oppløst oksygen sunket i åpent hav og i kystnære marine systemer (Breitburg et al., 2018Estimert oksygentap fra åpent hav i løpet av de siste 60 årene overstiger 2 % (Schmidtko et al., 2017), noe som skaper bekymring for konsekvensene av utvidelse av oksygenfattig sone (Paulmier og Ruiz-Pino, 2009). OMZ-er i åpent hav dannes når høy primærproduksjon på overflaten gir næring til biologisk oksygenbehov i undergrunnsvann som overstiger den fysiske ventilasjonen på dypet. Oksygenkonsentrasjoner i OMZ-vannsøyler kan ha bratte gradienter (oksyklin) over og under den oksygenfattige kjernen, noe som skaper hypoksiske (vanligvis mellom 2 og ~90 μM), suboksiske (<2 μM) og anoksiske (under deteksjonsgrensen (~10 nM) lag med varierende dimensjoner (Bertagnolli og Stewart, 2018Oksygengradienter fører til vertikal strukturering av metazoer og mikrobielle samfunn og biogeokjemiske prosesser langs disse omfattende oksyklinene (Belmar et al., 2011).
Noen av de høyeste nitrogentapratene er registrert i omliggende soner i det østlige tropiske nordlige Stillehavet (ETNP) og det sørlige Stillehavet (ETSP) (Callbeck et al., 2017;Penn et al., 2019), det permanent lagdelte Cariaco-bassenget (Montes et al., 2013), Arabiahavet (Ward et al., 2009), og OMZ-en til Benguela-oppstrømningssystemet (Kuypers et al., 2005I disse systemene fører de mikrobielle prosessene med kanonisk denitrifikasjon (heterotrofisk reduksjon av nitrat til nitrogenmellomprodukter og ofte til dinitrogengass) og anammox (anaerob ammoniumoksidasjon) til nitrogentap som potensielt kan begrense primærproduksjonen (Ward et al., 2007Dessuten er det anslått at utslipp av lystgass i havet (en potent klimagass) fra mikrobiell denitrifikasjon som skjer i omliggende soner, står for minst en tredjedel av de globale naturlige lystgassutslippene (Naqvi et al., 2010).
ETNP OMZ er en stor, vedvarende og intensiverende oksygenminimumssone som utgjør nesten halvparten av det totale arealet av globale OMZer, og ligger mellom 0–25°N breddegrad og 75° og 180°V lengdegrad (Paulmier og Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko et al., 2017På grunn av deres økologiske betydning har biogeokjemien og det mikrobielle mangfoldet i forskjellige ETNP OMZ-regioner blitt studert intensivt (f.eks.Beman og Carolan, 2013;Duret et al., 2015;Ganesh et al., 2015;Chronopoulou et al., 2017;Pack et al., 2015;Peng et al., 2015Tidligere studier rapporterer at oppløst oksygen i denne OMZ-kjernen (∼250–750 m dybde) vanligvis er nær eller under analytiske deteksjonsgrenser (∼10 nM) (Tiano et al., 2014;Garcia-Robledo et al., 2017Langs den nordlige kanten av ETNPs OMZ (studiestedets beliggenhet ~22°N) kan imidlertid oksygenkonsentrasjoner på 500 m nå årlige gjennomsnitt mellom 10 og 20 μM (Paulmier og Ruiz-Pino, 2009; Data fra Verdenshavatlaset 2013)1Under feltkampanjen som er rapportert her, målte vi oksygen i OMZ-kjernen i tilstrekkelige konsentrasjoner (0,35 μM) til å støtte aerobe mikrobielle prosesser, som ammonium- og nitrittoksidasjon, og delvis hemme viktige anaerobe mikrobielle prosesser. Aerobe mikrobielle prosesser har tidligere blitt påvist i tilsynelatende suboksiske eller anoksiske lag av ETNP OMZ (Peng et al., 2015;Garcia-Robledo et al., 2017;Penn et al., 2019Faktorer som kontrollerer fordelingen og aktivitetene til spesifikke funksjonelle grupper av mikroorganismer i OMZ-er er imidlertid ennå ikke fullt ut forstått.
Tilstedeværelsen av nitrifikatorer der oksygen ikke kan påvises i en OMZ kan forklares med nylige endringer i den vertikale posisjonen til oksyklinen på grunn av episodisk vertikal oksygenventilasjon, noe som kan føre til flyktige spor av oksygennivåer i OMZ-kjerner (Müller-Karger et al., 2001;Ulloa et al., 2012;Garcia-Robledo et al., 2017). Slike forbigående forhold kan utnyttes av aerobe eller mikroaerofile populasjoner, inkludert nitrifikatorer. Dessuten kan synkende partikler fra epipelagisk område (aggregerte celler, avføringspelleter og komplekse organiske materialer) inneholde spormengder av oksygen (Ganesh et al., 2014Dermed kan oksygen og aerobe mikrober transporteres til ellers anoksiske vann, noe som midlertidig tillater aerob metabolisme i forbindelse med partikler. Partikler er kjent for å være hotspots for mikrobiell biogeokjemisk syklus (Simon et al., 2002;Ganesh et al., 2014) og kan støtte kontrasterende anaerobe eller aerobe mikrobielle prosesser som ikke observeres i frittlevende tilstand (Alldredge og Cohen, 1987;Wright et al., 2012;Suter et al., 2018).
I denne studien undersøker vi prokaryote samfunn som befinner seg i den nordlige kanten av ETNPs OMZ og miljøfaktorer som sannsynligvis påvirker deres vertikale fordelinger ved hjelp av 16S amplikonsekvensering (iTags) kombinert med multivariat statistikk. Vi undersøkte to størrelsesfraksjoner; den frittlevende (0,2–2,7 μm) fraksjonen og den partikkelassosierte fraksjonen (>2,7 μm, som fanger opp partikler så vel som protistanceller) på flere dybder langs oksyklinen som korresponderer med distinkte redoksforhold.
Vi kan tilby sensorer for oppløst oksygen med forskjellige parametere, slik at molekylkonsentrasjonen kan overvåkes i sanntid. Velkommen til å kontakte oss.
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
Publisert: 05.07.2024