地大新聞網(wǎng)訊 眾所周知，生物通過(guò)光合作用捕獲二氧化碳和太陽(yáng)光為食物網(wǎng)提供碳和能量，從而支撐著地球生態(tài)系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。這就是大家熟知的“萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)”。然而，當(dāng)?shù)厍蜃兣瘯r(shí)，聰明的微生物不滿(mǎn)足于這項(xiàng)司空見(jiàn)慣的本領(lǐng)而能獨(dú)辟蹊徑，通過(guò)利用豐富的甲烷來(lái)支撐湖泊食物網(wǎng)，并減緩全球變暖。
近日，我校生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室謝樹(shù)成院士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》（PNAS）發(fā)表題為《白堊紀(jì)溫室世界甲烷為湖泊浮游食物網(wǎng)添加燃料》的研究成果，發(fā)現(xiàn)在1.2億年前的白堊紀(jì)溫室期，湖泊里的產(chǎn)甲烷菌制造了十分豐富的甲烷，這些甲烷又被另外一些叫做甲烷氧化菌的微生物所利用，一些動(dòng)物又以這些甲烷氧化菌為食，使得甲烷的碳和能量最終能輸送到生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的上層營(yíng)養(yǎng)級(jí)，摸不著看不見(jiàn)的甲烷菌控制著湖泊食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重大變化。
研究團(tuán)隊(duì)聚焦我國(guó)西北地區(qū)的白堊紀(jì)湖相沉積，通過(guò)檢測(cè)不同生物來(lái)源的分子化石碳同位素組成，發(fā)現(xiàn)在約1.2億年前白堊紀(jì)大洋缺氧事件（OAE1a）發(fā)生時(shí)（以高溫和高大氣CO2濃度為特征），產(chǎn)甲烷菌和甲烷氧化菌（豐度高達(dá)所有產(chǎn)藿類(lèi)細(xì)菌的87%）都發(fā)生了大規(guī)模的擴(kuò)張，湖泊微生物顯著增強(qiáng)了甲烷（CH4）循環(huán)。浮游動(dòng)物纖毛蟲(chóng)通過(guò)捕食甲烷氧化菌（高達(dá)食物來(lái)源的47%），將大量甲烷衍生的碳和能量轉(zhuǎn)移到食物鏈的更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)，并在湖泊化學(xué)躍層位置構(gòu)成重要的甲烷匯。研究表明，隨著地球變暖，微生物驅(qū)動(dòng)甲烷循環(huán)的加劇，可以重構(gòu)湖泊食物網(wǎng)，從根本上改變湖泊生態(tài)系統(tǒng)中的碳和能量流動(dòng)以及營(yíng)養(yǎng)方式。同時(shí)，這個(gè)生態(tài)過(guò)程扮演著甲烷溫室氣體“過(guò)濾器”的作用，降低甲烷向大氣里的釋放，從而減緩氣候變暖。
圖1 湖泊生態(tài)系統(tǒng)不同生物來(lái)源的分子化石碳同位素組成。產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生富13C的CO2進(jìn)入自生白云石（δ13C高達(dá)+12‰），貧13C的CH4被甲烷氧化菌消耗（藿烷δ13C低至-82‰）。甲烷氧化菌進(jìn)一步被纖毛蟲(chóng)捕食，后者產(chǎn)生的伽馬蠟烷δ13C低至-54‰。
這項(xiàng)研究對(duì)理解當(dāng)前全球變暖情景下湖泊甲烷循環(huán)及其生態(tài)功能具有重要意義。當(dāng)今氣候變暖和土地利用變化，導(dǎo)致湖泊廣泛脫氧和富營(yíng)養(yǎng)化，溫室氣體CH4排放的增加將起到正反饋?zhàn)饔谩＿@項(xiàng)地質(zhì)記錄的證據(jù)表明，甲烷氧化菌和浮游食物網(wǎng)的消耗是湖泊水柱中關(guān)鍵的甲烷匯，可以緩解這一正反饋過(guò)程，從而減緩全球變暖。除了發(fā)現(xiàn)甲烷的碳通過(guò)微生物傳遞到動(dòng)物以外，謝樹(shù)成團(tuán)隊(duì)還曾在Nature子刊上報(bào)道了甲烷的碳通過(guò)微生物作用傳遞到濕地植物上的現(xiàn)象。這些工作都體現(xiàn)了微生物與宏體生物之間的相互作用對(duì)甲烷循環(huán)的重要性。因此，未來(lái)的工作不僅應(yīng)探索甲烷通量的變化，還應(yīng)探索這些生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)關(guān)系對(duì)環(huán)境變化的脆弱性，以便更好地理解溫室氣體、生態(tài)危機(jī)與全球氣候變化之間的復(fù)雜關(guān)系。
圖2 白堊紀(jì)由CH4（左）和非CH4（右）支撐的湖泊生態(tài)系統(tǒng)示意圖
我校孫福寧博士后為論文第一作者，謝樹(shù)成院士和羅根明教授為通訊作者，共同作者包括英國(guó)布里斯托大學(xué)Richard Pancost教授、我校陳中強(qiáng)教授、王紅梅教授，以及博士生董正坤和李志國(guó)。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委重大項(xiàng)目、重點(diǎn)項(xiàng)目和青年項(xiàng)目、“111計(jì)劃2.0”項(xiàng)目、“博新計(jì)劃”、博士后基金面上項(xiàng)目等資助。
論文鏈接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2411413121
（來(lái)源 生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 編輯 王俊芳 審稿 陳華文）
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