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  • 發布時間:2019-04-26 15:05 原文鏈接: 科學家在11000米水深鉤蝦體內發現人為核爆碳14信號

      確定海溝生物的物質來源可以幫助人類理解深海的碳循環特征和極端環境下的生物適應性。海溝深度大多超過6000 m,其中馬里亞納海溝水深達11000米,是世界最深處,被認為是地表最難到達、被人類最少觸及的區域。海溝環境具有低溫(1-2°C)、高壓(1100-600個大氣壓)、寡營養和強地質作用(地震和流體滲漏)等特征。因此,海溝底部被認為是不宜生物生存的。然而,最新的探索發現海溝底部存在許多宏生物,微生物活動甚至比周邊非海溝區更加強烈。海溝極端環境下的生物是采用何種方式,依賴什么物質得以大量存活的呢?針對這一問題的猜想很多,但目前尚未有確切結論。表層物質的沉降或食物鏈傳遞是海溝底部生物可能的物質來源之一,但由于表層生產力低下和深度增加,最終能夠到達底部的物質十分有限,難以支撐底部的生物量。而馬里亞納海溝斜坡頂端的低溫熱液溢出地點及化能營養型生態系統的發現,使地球內部物質成為海溝生物的物質供應的又一可能來源。另外,在海溝生物體內發現的特殊消化酶,使該處生物具有消化周圍海水和沉積物中惰性有機質的能力,海水和沉積物中惰性有機質也成為海溝生物得以生存的可能的物質來源。

      到底哪一種來源是海溝生物利用的物質的主要來源呢?利用宇宙成因核素14C的示蹤功能可以很好地回答這個問題。因為在這三種物質來源中,有機質具有顯著的Δ14C差異。由于上世紀五、六十年代的人為核試驗影響,使大氣中的14C含量增加了一倍,從而導致現代大氣中的Δ14C>0‰,這部分增加的14C稱之為核爆14C。在海氣交換作用下,表層海水也具有了核爆14C信號(Δ14C>0‰)。但在深海,由于海水循環周期長和巨大的碳儲庫效應,海溝內源性有機質(如周圍海水溶解有機碳和沉積物有機質)的Δ14C<-450‰。地球內部物質則經過了漫長埋藏和地質作用時間,14C基本衰變耗盡,Δ14C接近-1000‰。

      鑒于此,中國科學院廣州地球化學研究所同位素地球化學國家重點實驗室助理研究員王寧及其合作者對來自西太平洋三個海溝(包括馬里亞納海溝)不同深度的鉤蝦有機組分進行了14C示蹤研究,取得以下進展:

      1.肌肉組織Δ14C變化范圍為10±2‰到65±2‰(圖1),與表層DIC和POC值接近,具有明顯的核爆14C特征。

      2.腸內容物Δ14C值為7±2‰到20±2‰,與采樣時表層海水的Δ14C值十分接近(圖2,棕色虛線)。這些說明盡管表層生產力十分有限,但海溝底部鉤蝦幾乎完全依賴表層有機質的輸送。

      3. 海溝鉤蝦體長與肌肉組織的14C含量有很好的相關性(圖3,R2=0.89),表明鉤蝦肌肉組織的14C含量可以指示鉤蝦的生長時間。利用海洋核爆14C曲線,可以得到該研究中鉤蝦樣品的最大表觀年齡為11.5±1.5 yr。考慮到測試對象的存活情況,海溝鉤蝦的實際壽命應該大于11.5±1.5 yr,而淺海鉤蝦的壽命一般為1-2 yr,海溝鉤蝦的壽命顯著增長。

      該研究是對世界最深海洋宏生物中14C含量的首次報道,解釋了海洋的最深處(馬里亞納海溝)并非預期那樣遙遠和不可觸及,各種人為污染物(如放射性物質、持久有機污染物和微塑料等)可以快速侵入海洋最深處,使生物具有比周圍環境更高的污染物含量,進而影響海溝的生態安全。此外,14C揭示的海溝鉤蝦的長壽特征可能與其生存環境有關,有限的食物來源和低溫高壓環境使鉤蝦進化出低新陳代謝率、低細胞更新速率,這些又會導致細胞需氧量減少、細胞自噬行為增加及端粒體縮短速率減慢,從而使鉤蝦可以生長得更大和更久,這一發現將為生物演化和生命科學等研究拓展新的思路和方向。


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