Биологическая активность рефракторного гуминоподобного растворенного органического вещества возрастает в бедных энергией глубоководных осадках

Гуминоподобное растворенное органическое вещество (DOM) является основным компонентом DOM в поровых водах морских осадков. Оно традиционно считается рефракторным (устойчивым к разложению) из-за сложной молекулярной структуры и длительного времени пребывания в природной среде. Однако его биологическая активность изучена слабо, особенно в условиях разной доступности органического вещества, что делает неясной его роль в поддержании глубоководной жизни и регуляции долгосрочного углеродного цикла океана.

Исследование флуоресцентного DOM (FDOM), представляющего большую долю DOM в поровых водах, было проведено на 5 кернах осадков от эстуария реки Чжуцзян до глубоководной котловины в северной части Южно-Китайского моря. Состав FDOM был количественно охарактеризован с помощью флуоресцентных методов, сочетающих измерение матриц экситон-эмиссия (EEM) и статистический инструмент параллельного факторного анализа (PARAFAC). Ученые идентифицировали 6 гуминоподобных и 2 протеиноподобных компонента в составе FDOM.

Интенсивность флуоресценции большинства гуминоподобных компонентов увеличивалась с глубиной осадка, в то время как для протеиноподобных компонентов она оставалась стабильно низкой. Таким образом, гуминоподобные и протеиноподобные компоненты могут представлять рефракторную и лабильную части DOM соответственно.

Чистые скорости реакций этих компонентов FDOM были оценены с помощью геохимического моделирования. Биологическая активность компонентов FDOM оценивалась по смоделированным скоростям реакций вместе с анализом взаимодействий между компонентами FDOM и микробными сообществами.

Исследователи обнаружили, что взаимосвязи между гуминоподобным FDOM и микробами в прибрежных и глубоководных осадках существенно различаются. В эвтрофных прибрежных осадках специфические группы микроорганизмов, обогащенные в глубоких слоях, изменялись совместно с гуминоподобным FDOM, в то время как большинство микробных групп значимо коррелировало с протеиноподобным FDOM.

Гуминоподобный FDOM образовывался в большинстве слоев, где потреблялся протеиноподобный FDOM, что указывает на микробное преобразование протеиноподобного DOM в гуминоподобный. Напротив, в бедных энергией глубоководных осадках более 70% микробных групп оказались тесно связаны с гуминоподобным FDOM, чистое потребление которого было продемонстрировано в глубоких слоях.

Потребление гуминоподобного FDOM в глубоководных осадках уменьшило его общий поток продукции в верхнем ~5-метровом слое примерно до одной десятой от потока в прибрежных осадках. Это, в свою очередь, может снижать поток рефракторного DOM в вышележащую морскую воду. Следовательно, подповерхностные микробные сообщества могут оказывать глубокое влияние на долгосрочный углеродный цикл океана, регулируя запас и время оборота рефракторного DOM.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science China Earth Sciences. Работа выполнена научной группой профессора Фэнпин Ван из Шанхайского университета Цзяотун в сотрудничестве с профессором Дин Хэ из Гонконгского университета науки и технологий и профессором Джоанной Дж. Ванек из Института исследований Балтийского моря имени Лейбница.