微觀海洋生物可以產生類似降落傘的黏液結構來阻止二氧化碳？從大氣中吸收

史丹佛大學領導的新研究揭示了一個隱藏因素，可能會改變我們對海洋如何緩解氣候變遷的理解。研究，發表10 月 11 日科學揭示了微觀海洋生物產生的前所未見的粘液“降落傘”，這些粘液“降落傘”顯著減緩了它們的下沉速度，從而阻礙了從大氣中去除二氧化碳的關鍵過程。

這項令人驚訝的發現意味著先前對海洋碳封存潛力的估計可能被高估了，但也為改善海洋碳封存潛力鋪平了道路。並告知政策制定者減緩氣候變遷的努力。

「我們一直沒有找到正確的方法，」該研究的資深作者馬努·普拉卡什（Manu Prakash）說，他是史丹佛大學工程學院和史丹佛杜爾永續發展學院的生物工程和海洋副教授。

“我們的發現強調了基礎科學觀察的重要性以及在真實環境中研究自然過程的必要性。這對於我們緩解氣候變遷的能力至關重要。”

生物泵

海洋雪？?從大氣中吸收大約三分之一的人造二氧化碳，並將其輸送到海底，並在那裡被鎖定了數千年。

科學家們了解這種被稱為生物泵的現像已有一段時間了。然而，這些精緻顆粒下落的確切方式（海洋的平均深度為 4 公里，即 2.5 英里）仍然是個謎。

研究人員使用一項不尋常的發明解開了這個謎團？旋轉顯微鏡普拉卡什實驗室開發的技術徹底解決了這個問題。該設備隨著生物體在其內部移動而移動，模擬無限距離的垂直移動，並調整溫度、光線和壓力等方面以模擬特定的海洋條件。

在過去的五年裡，普拉卡什和他的實驗室成員將他們定制的顯微鏡帶到了研究船上，走遍了世界上所有的主要海洋——從北極到南極洲。

在最近一次緬因灣探險中，他們收集了透過在水中懸掛陷阱，然後在旋轉顯微鏡中快速分析顆粒的下沉過程。

由於海洋雪是一個活的生態系統，因此在海上進行這些測量非常重要。旋轉顯微鏡使研究小組首次能夠在自然環境中（而不是在遙遠的實驗室）以精緻的細節觀察海洋雪。

結果令研究人員大吃一驚。他們發現，海洋雪有時會產生類似降落傘的黏液結構，從而有效地使生物體在海洋上層 100 公尺的停留時間加倍。

這種長時間的懸浮增加了其他微生物分解細菌的可能性。海洋雪顆粒中，並將其轉化回容易取得的有機碳，以供其他浮游生物吸收大氣中的二氧化碳。

最小細節的美麗和複雜性

研究人員指出，他們的工作是觀察驅動研究的一個例子，這對於理解即使是最小的生物和物理過程如何在自然系統中發揮作用也至關重要。

研究的主要作者、普拉卡什實驗室的博士後學者拉胡爾·查吉瓦(Rahul Chajwa) 表示：「理論告訴你小顆粒周圍的流動是什麼樣子，但我們在船上看到的情況卻截然不同。 “我們剛剛開始了解這些複雜的動態。”

這項工作闡述了一個重要的事實。在過去的 200 年裡，科學家在顯微鏡下研究了二維平面上的生命，包括浮游生物，並被困在小蓋玻片中。

另一方面，在公海上進行高解析度顯微鏡檢查非常困難。 Chajwa 和 Prakash 強調了離開實驗室並在盡可能靠近發生環境的地方進行科學測量的重要性。

研究人員認為，支持優先考慮自然環境觀察的研究應該是資助科學的公共和私人組織的優先事項。

普拉卡什說：“如果不模仿生命進化的環境，我們甚至無法提出生命做什麼的基本問題。” “在生物學中，將其從環境中剝離就剝奪了我們提出正確問題的能力。”

除了直接測量海洋碳固存的重要性之外，研究還揭示了日常現象的美麗。就像糖溶解在咖啡中一樣，海雪下降到海洋深處是一個複雜的過程，受到我們不總是看到或欣賞的因素的影響。

「我們認為某些現像是理所當然的，但最簡單的想法也可以產生深遠的影響，」普拉卡什說。 “觀察這些細節——比如海洋雪的粘液尾巴——為理解我們世界的基本原理打開了新的大門。”

研究人員正在努力完善他們的模型，將資料集整合到地球尺度的模型中，並發布他們迄今為止進行的六次全球探險的開放資料集。這將是世界上最大的直接海洋雪沉降測量資料集。他們還旨在探索影響黏液產生的因素，例如環境壓力或某些細菌種類的存在。

儘管研究人員的發現對科學家對海洋封存臨界點的思考產生了重大震動，但普拉卡什和他的同事仍然充滿希望。在最近北加州海岸的一次考察中，他們發現了可能加速碳封存的過程。

「每次我透過我們的工具觀察浮游生物的世界，我都會學到新的東西，」普拉卡什說。