研究：棲息地的氮含量影響海洋微生物的化學組成

如果沒有海洋，我們的星球變暖速度將會更快。 每年排放到大氣中的二氧化碳約有 30% 被海洋吸收，這在很大程度上要歸功於海洋微生物。 現在，一項新研究的結果於 3 月 15 日發表在該雜誌上移動系統可能會導致研究人員重新思考這些微生物在海洋碳循環中的作用。

這項工作對氣候建模具有重要意義。 科學家長期以來一直認為海洋微生物具有一定的普遍平均碳氮比。 這些假設是氣候變遷的電腦模型的基礎。

在這項研究中，研究人員測量了生活在墨西哥西北海岸「死亡區」的海洋微生物的碳氮比。 作者發現，微生物內 DNA 和蛋白質的比例可能會有所不同，這取決於在周圍的環境中。

「我們目前進行地球系統氣候建模的方法簡化了對生命元素內容的假設，特別是” 領導這項研究的聖達菲研究所奧米迪亞爾博士後研究員丹尼爾·穆拉托雷（Daniel Muratore）說。“我們的結果表明，更好的模型將考慮氮的供應並相應地調整細胞的碳氮比，這有可能對碳從大氣中清除到大氣中的移動和效率有著深遠的影響在這些模型模擬中”，例如政府間氣候變遷專門委員會在其評估中使用的模擬。

這項研究涉及對研究小組在該地區（稱為東部熱帶北太平洋最低氧氣區）收集的水樣本中發現的海洋細菌、古細菌和病毒的基因組進行測序。 研究人員發現，這些微生物的組成受到其棲息地中氮含量的影響。 在水柱的上部，氮濃度較低，細菌含有含氮量較少的基因，而在稍深的地方，氮濃度較高，細菌含有較多的氮。

這是可能的，因為氮在 DNA 中的出現方式。 DNA 分子中發現的四種鹼基——腺嘌呤 (A)、胞嘧啶 (C)、鳥嘌呤 (G) 和胸腺嘧啶 (T)——形成對。 GC 對還有一個比 AT 對。 因此，GC 對越多，基因組中的氮就越多。 同樣，不同的氨基酸組合可以產生具有不同氮含量的蛋白質。 「對於小電池來說，這些細微的原子變化加起來會對保持電池運作的總氮配額產生重大影響，」Muratore 解釋道。

團隊也重建了感染細菌的病毒基因組。 令他們驚訝的是，他們發現這些病毒也受到環境中氮的影響，他們認為這些病毒只能從宿主身上獲得足夠的資源來繁殖。 研究團隊發現，在氮含量更豐富的深處，病毒使用更多的富氮核苷酸和胺基酸來構成病毒顆粒的蛋白質。

穆拉托雷說，「由於病毒沒有獨立的新陳代謝或營養吸收機制，我們並不認為它們會與細菌有相同的環境相關性」。

該研究“向我們表明可以對進化和宿主病毒生態學產生非常複雜但機械直觀的影響，」這使得我們可以更好地了解不同海洋環境中基因組的組成，Muratore 說。

他們補充說，這些發現也提醒人們，細胞中的訊息會影響生物體的生理機能。 「在定序時代，我認為我們已經隱含地接受了這樣一種理解，即基因組只是出現在我們電腦螢幕上的信息，而不是需要從細胞必須收集的資源（例如氮）合成的實際分子。堅持。

穆拉托雷現在回到海上，在更廣闊的海洋中對不同氮含量的微生物進行採樣。 這次研究之旅是與夏威夷大學和華盛頓大學的研究人員合作進行的，將從先前研究地點附近的貧氮北太平洋副熱帶環流前往富含氮的赤道上升流區域。 該計畫將建立在先前的工作基礎上，這次的重點是透過 DNA 定序預測的蛋白質和基因組氮含量模式是否可以在核苷酸和基因組中看到。存在於不同氮濃度的海洋生態系中。