从浮游植物到气候变化：锌在全球动态中的关键作用

本周发表在《科学》杂志上的一项新研究再次证实了南大洋在全球生物过程和碳循环中的重要作用。它首次根据实地证据揭示了无机锌颗粒在这些循环中被低估的作用。

南大洋在全球浮游植物生产力中发挥着最大的作用，而浮游植物生产力则负责吸收大气中的二氧化碳。在这些过程中，存在于海水中的微量元素锌是一种重要的微量营养元素，对海洋生物的许多生化过程，尤其是极地浮游植物的繁殖至关重要。

南非队准备登上南非的极地科考船 SA Agulhas II 号，参加 2019 年的南极考察。图片来源：Wiida Fourie-Basson

当浮游植物大量死亡时，锌就会被释放出来。但迄今为止，科学家们仍感到困惑的是，尽管锌和磷--另一种海洋生命所必需的营养物质--在浮游植物中位于相似的区域，但却观察到两者之间存在脱节。相反，锌和溶解的二氧化硅之间经常出现强烈的（但无法解释的）耦合。

斯泰伦博斯大学（SU）环境和海洋生物地球化学专家、该文章的共同作者 Alakendra Roychoudhury 教授说，他们现在第一次能够有把握地解释驱动海洋锌循环的生物地球化学过程。

在 2019 年南极洲 SA Agulhas II 号考察中，一个装有 24 个 GO-FLO 瓶子的电导率-温度-深度（CTD）罗盘即将下放到地表以下 4500 米深处。资料来源：斯泰伦博斯大学

自2013年以来，Roychoudhury所在的苏大地球科学系研究小组参加了南非极地科考船"SA Agulhas II"号的三次考察。在夏季和冬季前往南极洲的途中，研究小组穿越浩瀚的南大洋，采集了表层和深层海洋的海水样本以及沉积物。

该论文的共同第一作者 Ryan Cloete 博士目前是法国环境海洋科学实验室（LEMAR）的博士后研究员，他参加了其中两次考察："研究南大洋非常重要，因为它是全球海洋环流的中心枢纽。研究南大洋非常重要，因为南大洋是全球海洋环流的中心枢纽，南大洋的变化过程会影响水团，然后将水团输送到大西洋、印度洋和太平洋。"

他们与来自普林斯顿大学、芝加哥大学、加州圣克鲁兹大学以及马克斯-普朗克化学研究所的研究人员合作，在同步加速器设备上利用 X 射线光谱技术对样品进行了详细的逐粒分析，从而对样品进行了原子和分子水平的研究。

Ryan Cloete 博士在 2019 年横跨南大洋前往南极考察期间登上 SA Agulhas II 号极地科考船，沿途对痕量金属进行采样。图片来源：斯泰伦博斯大学

在夏季，较高的生产能力似乎会导致表层海洋有机物中的锌含量增加，从而容易被浮游植物吸收。但是，研究人员也发现，在这些样本中，与岩石和泥土碎片以及大气尘埃有关的锌含量也很高。在开阔的海洋中，锌与颗粒的结合或解离之间的相互作用对于补充溶解锌以支持海洋生物至关重要。

Cloete 解释了他们的发现："由于冬季的生长条件较差，锌微粒会被硅藻等无机固体'清除'，硅藻以及铁和铝的氧化物形式的锌微粒非常丰富。硅藻是一种单细胞生物，其骨骼由二氧化硅构成，是一种微型藻类。"

换句话说，当锌与有机配体结合时，海洋生物（如浮游植物）很容易吸收。然而，矿物相中的锌不易溶解，因此不易被吸收。在这种形态下，微粒锌会形成大的聚集体，沉入深海，无法被浮游植物吸收。

对全球锌循环的这一认识对海洋变暖具有重要意义，气候变暖会加剧侵蚀，导致大气中的尘埃增多，从而有更多的尘埃沉积到海洋中。更多的尘埃意味着更多的锌颗粒被清除，导致可用于维持浮游植物和其他海洋生物的锌减少。

他们研究海洋锌循环的新方法为研究其他重要微量营养元素打开了大门："与锌一样，铜、镉和钴的分布在未来也可能经历由气候引起的变化"。

这些发现再次证实了南大洋在调节气候和海洋食物网方面的全球影响力："地球系统通过物理、化学和生物过程错综复杂地耦合在一起，并通过自我校正反馈回路来调节变异性和抵消气候变化。我们的发现就是这种耦合的最好例证，在分子水平上发生的生化过程可以影响全球过程，如地球变暖。"

编译来源：ScitechDaily