Východní tropický severní Pacifik (ETNP) je rozsáhlá, přetrvávající a zesilující zóna kyslíkového minima (OMZ), která představuje téměř polovinu celkové plochy globálních OMZ. V jádru OMZ (hloubka ~350–700 m) je rozpuštěný kyslík typicky blízko nebo pod analytickým detekčním limitem moderních senzorů (~10 nM). Strmé gradienty kyslíku nad a pod jádrem OMZ vedou k vertikálnímu strukturování mikrobiálních společenstev, která se také liší mezi velikostními frakcemi asociovanými s částicemi (PA) a volně žijícími (FL) mikrobiálními společenstvi. Zde používáme sekvenování 16S amplikonu (iTags) k analýze diverzity a distribuce prokaryotických populací mezi velikostními frakcemi FL a PA a v celém rozsahu redoxních podmínek okolí. Hydrografické podmínky v naší studijní oblasti se lišily od podmínek dříve hlášených v ETNP a dalších OMZ, jako je ETSP. Stopové koncentrace kyslíku (~0,35 μM) byly přítomny v celém jádru OMZ v místě našeho odběru vzorků. V důsledku toho chyběly akumulace dusitanů typicky hlášené pro jádra OMZ, stejně jako sekvence bakterií anammox (rod Brocadiales)KandidátScalindua), které se běžně vyskytují napříč oxicko-anoxickými hranicemi v jiných systémech. Distribuce bakterií oxidujících amoniak (AOB) a archeí (AOA) a maximální rychlosti autotrofní asimilace uhlíku (1,4 μM C d–1) se shodovalo s výrazným maximem koncentrace amoniaku poblíž vrcholu jádra OMZ. Kromě toho členové roduNitrospina, byla přítomna dominantní kladu dusitan-oxidujících bakterií (NOB), což naznačuje, že k oxidaci amoniaku i dusitanů dochází při stopových koncentracích kyslíku. Analýza testu podobnosti (ANOSIM) a nemetrického dimenzionálního škálování (nMDS) ukázala, že fylogenetické zastoupení bakterií a archeí se mezi velikostními frakcemi významně lišilo. Na základě profilů ANOSIM a iTag bylo složení společenstev PA méně ovlivněno převládajícím hloubkově závislým biogeochemickým režimem než frakce FL. Na základě přítomnosti AOA, NOB a stopového kyslíku v jádru OMZ navrhujeme, že nitrifikace je aktivním procesem v dusíkovém cyklu této oblasti ETNP OMZ.
Zavedení
V reakci na probíhající změnu klimatu a lokální lidské činnosti klesají koncentrace rozpuštěného kyslíku v otevřeném oceánu a v pobřežních mořských systémech (Breitburg a kol., 2018). Odhadovaná ztráta kyslíku z otevřeného oceánu za posledních 60 let přesahuje 2 % (Schmidtko a kol., 2017), což vyvolává obavy ohledně důsledků expanze zóny s nedostatkem kyslíku (Paulmier a Ruiz-Pino, 2009). OMZ v otevřeném oceánu vznikají, když vysoká povrchová primární produkce podporuje biologickou spotřebu kyslíku v podzemních vodách, která překračuje rychlost fyzické ventilace v hloubce. Koncentrace kyslíku ve vodních sloupcích OMZ mohou mít strmé gradienty (oxyklin) nad a pod jádrem ochuzeným o kyslík, což vytváří hypoxické (obvykle mezi 2 a ~90 μM), suboxické (<2 μM) a anoxické (pod detekčním limitem (~10 nM) vrstvy různých rozměrů)Bertagnolli a Stewart, 2018). Kyslíkové gradienty vedou k vertikálnímu strukturování metazoálních a mikrobiálních společenstev a biogeochemickým procesům podél těchto rozsáhlých oxyklinií (Belmar a kol., 2011).
Některé z nejvyšších měr úbytku dusíku byly zaznamenány v OMZ východního tropického severního Pacifiku (ETNP) a jižního Pacifiku (ETSP) (Callbeck a kol., 2017;Penn a kol., 2019), trvale stratifikovaná pánev Cariaco (Montes a kol., 2013), Arabské moře (Ward a kol., 2009) a OMZ upwellingového systému Benguela (Kuypers a kol., 2005). V těchto systémech vedou mikrobiální procesy kanonické denitrifikace (heterotrofní redukce dusičnanů na dusíkaté meziprodukty a často na plynný dusík) a anammoxu (anaerobní oxidace amoniaku) ke ztrátám dusíku, které mohou potenciálně omezit primární produkci (Ward a kol., 2007). Navíc se odhaduje, že emise oxidu dusného (silného skleníkového plynu) z mikrobiální denitrifikace probíhající v OMZ tvoří nejméně jednu třetinu celosvětových emisí oxidu dusného z přírodních zdrojů (Naqvi a kol., 2010).
OMZ ETNP je rozsáhlá, přetrvávající a zesilující zóna kyslíkového minima, která tvoří téměř polovinu celkové plochy globálních OMZ a nachází se mezi 0–25° severní šířky a 75° a 180° západní délky.Paulmier a Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko a kol., 2017). Vzhledem k jejich ekologickému významu byla biogeochemie a mikrobiální rozmanitost různých regionů OMZ ETNP intenzivně studována (např.Beman a Carolan, 2013;Duret a kol., 2015;Ganéš a kol., 2015;Chronopoulou a kol., 2017;Pack a kol., 2015;Peng a kol., 2015). Předchozí studie uvádějí, že rozpuštěný kyslík v tomto jádru OMZ (hloubka ~250–750 m) je typicky blízko nebo pod analytickými limity detekce (~10 nM) (Tiano a kol., 2014;Garcia-Robledo a kol., 2017). Podél severního okraje OMZ ETNP (umístění studijního místa ~22° s. š.) však mohou koncentrace kyslíku ve výšce 500 m dosáhnout ročních průměrů mezi 10 a 20 μM (Paulmier a Ruiz-Pino, 2009; Data z Atlasu světového oceánu 2013)1Během terénní kampaně, o níž se zde uvádí, jsme v jádru OMZ naměřili kyslík v dostatečných koncentracích (0,35 μM), abychom podpořili aerobní mikrobiální procesy, jako je oxidace amoniaku a dusitanů, a částečně inhibovali důležité anaerobní mikrobiální procesy. Aerobní mikrobiální procesy byly dříve detekovány ve zdánlivě suboxických nebo anoxických vrstvách ETNP OMZ (Peng a kol., 2015;Garcia-Robledo a kol., 2017;Penn a kol., 2019). Faktory ovlivňující distribuci a aktivitu specifických funkčních skupin mikroorganismů v OMZ však dosud nejsou plně objasněny.
Přítomnost nitrifikačních činidel, kde je kyslík v OMZ nedetekovatelný, lze vysvětlit nedávnými posuny vertikální polohy oxyklinu v důsledku epizodické vertikální ventilace kyslíku, která může vést k dočasným stopovým hladinám kyslíku v jádrech OMZ (Müller-Karger a kol., 2001;Ulloa a kol., 2012;Garcia-Robledo a kol., 2017). Takové přechodné podmínky mohou být zneužity aerobními nebo mikroaerofilními populacemi, včetně nitrifikátorů. Navíc klesající částice z epipelagické vrstvy (agregované buňky, fekální pelety a komplexní organické materiály) mohou obsahovat stopové množství kyslíku (Ganéš a kol., 2014). Kyslík a aerobní mikroby tak mohou být transportovány do jinak anoxických vod, což dočasně umožňuje aerobní metabolismus ve spojení s částicemi. Částice jsou známé jako aktivní místa mikrobiálního biogeochemického cyklu (Simon a kol., 2002;Ganéš a kol., 2014) a mohou podporovat kontrastní anaerobní nebo aerobní mikrobiální procesy, které nejsou pozorovány ve volně žijícím stavu (Alldredge a Cohen, 1987;Wright a kol., 2012;Suter a kol., 2018).
V této studii zkoumáme prokaryotická společenstva obývající severní okraj OMZ ETNP a faktory prostředí, které pravděpodobně ovlivňují jejich vertikální rozložení, a to pomocí sekvenování 16S amplikonů (iTags) ve spojení s multivariační statistikou. Zkoumali jsme dvě velikostní frakce; frakci volně žijících (0,2–2,7 μm) a frakci asociovanou s částicemi (>2,7 μm, zachycující částice i protistanové buňky) v různých hloubkách podél oxykliny, které odpovídají odlišným redoxním podmínkám.
Můžeme dodat senzory rozpuštěného kyslíku s různými parametry, aby bylo možné sledovat molekulární koncentraci v reálném čase. Vítejte na konzultaci.
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
Čas zveřejnění: 5. července 2024