Microbial Ecology under Ocean Deoxygenation: Diversity, Metabolisms, Environmental Controls

Peihang Xu*

*Kontaktforfatter

Publikation: AfhandlingPh.d.-afhandling

31 Downloads (Pure)

Abstract

Iltminimumszoner (OMZ'er) i verdenshavene skabes og opretholdes af den komplekse interaktion mellem forbrug og produktion i biologiske processer samt fysiske forsyningsmekanismer. Desoxidation og fortsat udvidelse af OMZ'er peger på en voksende betydningsfuld rolle for OMZmikrober i globale biogeokemiske cyklusser. Dog mangler der i øjeblikket en omfattende analyse og sammenligning af de væsentligste biologiske cyklusser udført af mikrobielle samfund inden for marine OMZ'er og ikke-OMZ-miljøer over langvarige tidsperioder eller brede regionale skalaer. Denne afhandling undersøgte mikrobiel mangfoldighed, fordeling og deres vigtigste metabolismer under havets desoxidation med forskellige fokusområder i tre store oceaniske iltminimumszoner (OMZs): Det tropiske sydatlantiske område (TSA, Manuskript Ⅰ), det østlige tropiske Stillehav (ETP, Manuskript Ⅱ) og Østersøen (Manuskript Ⅲ). Manuskript Ⅰ afslørede en negativ sammenhæng mellem ilt/nitritniveauer og udbredelsen af de fleste kvælstofveje (f.eks. nitratreduktion og nitritoxidation, nitrifikation og denitrifikation (N2O-produktion)), kulstofveje (f.eks. CO-oxidation og methanogenese), phosphorveje (f.eks. alkalisk fosfatase) og svovlveje (f.eks. sulfidoxidation). Disse veje viste tendens til at have højere forekomst, når OMZ'er udvider sig, og opstrømning bliver hyppigere eller stærkere i TSA. Visse dominerende faktorer (f.eks. SAR11, Nitrospina, Thermoproteota) og deres genetiske potentiale blev fremhævet. Både den relative forekomst af veje for N2O-forbrug og produktion viste positive sammenhænge med N2O-indholdet. Manuskript Ⅱ involverede tidsmæssig skala for at undersøge OMZ-udvidelse og ENSO-hændelsernes indvirkning på mikrobiel mangfoldighed og metabolismer i ETP. På trods af forekomsten af flere ENSOhændelser fra 2011-2022, herunder en kraftig El Niño i 2015-2016, forekom der minimale variationer i mikrobiel mangfoldighed eller taksonomi i ETP. Dog observerede vi en betydelig reduktion i den relative rigdom af SAR11, ledsaget af en stigning i potentialet for kvælstofmetabolismer som f.eks. denitrifikation (N2O-produktion) og kvælstoffiksering, både i den fotiske zone og kernen af OMZ'en. Derudover aftager den mikrobielle mængde og nogle metabolismer (f.eks. fosfattransport og regulering, kvælstoffiksering), men flertallet af kvælstofmetabolismerne øges langs iltningsgradienten fra oksisk til suboksisk. Forskellige dominante mikrobielle grupper, der agerer i vitale biogeokemiske cyklusser, udviste forskellige følsomheder over for iltniveauer, og bemærkelsesværdige skift i adskillige funktionelle grupper blev observeret ved iltningstærskler på 120, 90, 80, 60 og 12 µmol/kg. Desuden var den relative forekomst af Thermoproteota, der koder for nitritreduktase (nirK), positivt korreleret med N2O-indholdet, men negativt korreleret med iltniveauet, hvilket antyder en stigning i N2O produceret af Thermoproteota under OMZ-udvidelse. Manuskript Ⅲ undersøgte den rumlige fordeling og aktivitet af anaerobe (AP) og aerobe fototrofer (OP) i Østersøen. Der blev afsløret en rig mangfoldighed af OP og AP. OP udviste aktiv fotosyntese, mens AP ikke viste nogen påviselig fotosyntese i de fleste stationer. Både cyanobakterielle og eukaryote OP foretrak højere temperaturer og øvre vandlag. AP viste ikke en markant hydro kemisk præference, men tendens til at eksistere sammen med OP-samfundet. Som helhed giver denne afhandling indsigt i, hvordan mikrobiel mangfoldighed, forskellige grupper og funktioner vil reagere på klimaændringsinduceret udvidelse af OMZ i et bredt marineperspektiv.
OriginalsprogEngelsk
Bevilgende institution
  • Syddansk Universitet
Vejledere/rådgivere
  • Löscher, Carolin, Hovedvejleder
Dato for forsvar8. sep. 2023
Udgiver
DOI
StatusUdgivet - 28. aug. 2023

Fingeraftryk

Dyk ned i forskningsemnerne om 'Microbial Ecology under Ocean Deoxygenation: Diversity, Metabolisms, Environmental Controls'. Sammen danner de et unikt fingeraftryk.

Citationsformater