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糖与碳汇:不被细菌降解的海洋糖颗粒

 

来源:马克斯普朗克学会                                                                发布时间:2021年2月19日

 

       海洋中碳固存的主要途径是浮游植物(如硅藻等单细胞微藻)的生长、聚集和沉没。浮游植物像陆地上的植物一样从大气中的二氧化碳中吸收碳。当藻类细胞聚集时,这些聚集体会下沉并带走了被固定的碳一同到海底。这一过程称为生物碳泵,其中下沉的碳约占全球每年向深海输入碳的70%。据估计,人类排放的化石燃料燃烧产生的二氧化碳中有25%至40%可能也是通过这种过程从大气中运输到1000米以下的深海并储存数千年。尽管生物碳泵非常重要,但对于碳泵过程在分子水平上工作机制仍知之甚少。在海洋中,藻类大量繁殖时,微藻会产生大量糖分。它们被海洋细菌快速降解并回收利用的过程是全球碳循环的重要组成部分。尤其是糖被认为容易被降解,因此天然糖不是碳泵的良好材料。最近,不来梅大学的科学家们发现:藻类中存在一种糖,可以抵抗微生物的快速降解,因此能够累计并聚集成颗粒实现碳储存。这些结果表明这些糖可能充当重要的潜在碳汇。相关研究发表在科学杂志《自然通讯》上。

图片:MPG

       该发现的关键部分是这种抗微生物糖形成了颗粒。在单细胞硅藻生长和死亡时会释放出大量未知的,粘性的长链糖。随着浓度的增加,这些糖链粘在一起并形成分子网络。其他成分会附着在这些小的糖片上,例如其他糖块、硅藻细胞或矿物质。这使聚集体更大更重,因此比单个硅藻细胞沉降得更快。这些粒子大约需要十天才能达到1000米的深度。这意味着粘性糖芯必需具有长时间抵抗生物降解的能力才能将颗粒固定在一起。

       为了弄清微藻多糖的结构并鉴定抗性糖,研究人员使用了一种源自医学和植物研究的方法。它结合了微阵列的高通量能力和单克隆抗体探针的特异性,从海水样本中提取了糖分子并将其插入到像打印机一样工作的机器中,该机器不使用墨水,而是使用分子。分子以微阵列的形式分别"印刷"在硝酸纤维素纸上。微阵列就像微芯片,像指甲一样小,但可以包含数百个样本。一旦将提取的分子印在阵列上,就可以分析它们上存在的糖。这是通过使用单克隆抗体探针实现的,因为它们仅与一种特定的糖发生反应。单一抗体被添加到阵列中可以帮助科研人员看到这种糖在样品中的分布。该新颖技术能够同时监测藻华期间多个复合糖分子的命运,并发现一种微藻岩藻糖的硫酸化多糖(FCSP)积聚,而许多其他检测到的多糖却被降解。

       在硅藻中发现的FCSP具有稳定性和粘合特性有助于糖颗粒形成,并因此可能有助于海洋中的碳固存。研究人员指出,研究的下一步是"找出这种糖颗粒是否存在于深海中,以及它们是在世界海洋中的分布情况"。

 

 

 

 

原文链接:Sweet mar­ine particles res­ist hungry bac­teria

编译:刘晓琳