동부 열대 북태평양(ETNP)은 전 세계 산소 최소 구역(OMZ) 면적의 거의 절반을 차지하는 거대하고 지속적이며 점점 더 심화되는 OMZ입니다. OMZ 중심부(수심 약 350~700m)에서는 용존 산소 농도가 일반적으로 최신 센서의 분석 검출 한계(약 10nM) 근처이거나 그 이하입니다. OMZ 중심부 위아래의 급격한 산소 농도 차이는 미생물 군집의 수직적 구조화를 초래하며, 이러한 구조는 입자 부착형(PA)과 자유 생활형(FL) 크기 분획 간에도 차이를 보입니다. 본 연구에서는 16S 앰플리콘 시퀀싱(iTags)을 이용하여 FL 및 PA 크기 분획 간, 그리고 다양한 주변 산화환원 조건에 따른 원핵생물 개체군의 다양성과 분포를 분석했습니다. 연구 지역의 해양학적 조건은 이전에 보고된 ETNP 및 동부 열대 북태평양(ETSP)과 같은 다른 OMZ의 조건과는 차이가 있었습니다. 샘플링 지점의 OMZ 중심부 전체에서 미량의 산소 농도(약 0.35μM)가 검출되었습니다. 결과적으로, OMZ 코어에서 일반적으로 보고되는 아질산염 축적은 나타나지 않았으며, 아나목스 박테리아(Brocadiales 속)의 염기서열도 발견되지 않았습니다.후보자다른 시스템에서 산소-무산소 경계를 넘나들며 흔히 발견되는 Scalindua와 같은 미생물. 그러나 암모니아 산화 박테리아(AOB)와 고세균(AOA)의 분포 및 최대 자가영양 탄소 동화율(1.4 μM C d⁻¹)은–1)는 OMZ 코어 상단 부근에서 뚜렷한 암모늄 농도 최대치와 일치했습니다. 또한, 속의 구성원들은니트로스피나주요 아질산염 산화 세균(NOB) 계통군이 존재하여 미량의 산소 농도에서도 암모니아와 아질산염 산화가 모두 일어남을 시사합니다. 유사성 검정(ANOSIM) 및 비계량 차원 척도법(nMDS) 분석 결과, 세균과 고세균의 계통학적 분포는 크기 분획 간에 유의미한 차이를 보였습니다. ANOSIM 및 iTag 프로파일을 기반으로, PA 군집의 구성은 FL 분획보다 수심에 따른 생지화학적 환경의 영향을 덜 받는 것으로 나타났습니다. OMZ 코어에서 AOA, NOB 및 미량의 산소가 존재한다는 점을 토대로, 동태평양 해양 산소 최소층(OTN OMZ) 지역의 질소 순환에서 질산화가 활발하게 진행되는 과정임을 제안합니다.
소개
지속적인 기후 변화와 국지적인 인간 활동으로 인해 외해와 연안 해양 생태계에서 용존 산소 농도가 감소하고 있습니다.브라이트버그 외, 2018지난 60년간 외해에서 손실된 산소량은 2%를 초과하는 것으로 추정됩니다.슈미트코 외, 2017이는 산소 결핍 지역 확장의 결과에 대한 우려를 불러일으켰습니다.폴미에르와 루이스-피노, 2009개방 해역의 산소 최소층(OMZ)은 표층의 높은 1차 생산량이 심층수의 생물학적 산소 요구량을 증가시켜 심층부의 물리적 환기율을 초과할 때 형성됩니다. OMZ 수층의 산소 농도는 산소가 고갈된 중심부를 기준으로 위아래로 급격한 농도 기울기(산소약층)를 보일 수 있으며, 이로 인해 저산소(일반적으로 2~90μM), 준산소(<2μM), 무산소(검출 한계 미만(약 10nM)) 층이 다양한 크기로 존재합니다.베르타뇰리와 스튜어트, 2018산소 농도 기울기는 이러한 광범위한 산소 농도 경사면을 따라 다세포 동물 및 미생물 군집과 생지화학적 과정의 수직적 구조화를 초래합니다.벨마르 등, 2011).
동부 열대 북태평양(ETNP)과 남태평양(ETSP)의 산소 최소 구역(OMZ)에서 가장 높은 질소 손실률이 기록되었습니다.콜벡 외, 2017;Penn et al., 2019), 영구적으로 층화된 카리아코 분지(몬테스 외, 2013), 아라비아해 (워드 외, 2009), 그리고 벵겔라 용승 시스템의 산소 최소 구역( )쿠이퍼스 등, 2005이러한 시스템에서, 정규 탈질(질산염이 질소 중간체 및 종종 질소 가스로 종속영양적으로 환원되는 과정) 및 아나목스(혐기성 암모늄 산화)와 같은 미생물 과정은 질소 손실을 초래하여 잠재적으로 1차 생산을 제한할 수 있습니다.워드 외, 2007더욱이, 산소 최소 구역(OMZ)에서 발생하는 미생물 탈질 작용으로 인한 해양 아산화질소(강력한 온실가스) 배출량은 전 세계 자연 아산화질소 배출량의 최소 3분의 1을 차지하는 것으로 추정됩니다.Naqvi et al., 2010).
동태평양 산소 최소대(OTNP OMZ)는 전 세계 산소 최소대 면적의 거의 절반을 차지하는 크고 지속적이며 점점 심화되는 산소 최소대로, 북위 0~25°와 서경 75~180° 사이에 위치합니다.폴미에르와 루이스-피노, 2009;슈미트코 외, 2017생태학적 중요성 때문에 동태평양 산소 최소구역(ETNP OMZ)의 여러 지역의 생지화학 및 미생물 다양성에 대한 연구가 집중적으로 진행되어 왔습니다(예:베만과 캐롤란, 2013;Duret et al., 2015;Ganesh et al., 2015;크로노풀루 외, 2017;Pack et al., 2015;Peng et al., 2015). 이전 연구에 따르면 이 OMZ 코어(약 250~750m 깊이)의 용존 산소는 일반적으로 분석 검출 한계(약 10nM) 근처 또는 그 이하인 것으로 보고되었습니다.티아노 외, 2014;Garcia-Robledo 외, 2017그러나 동태평양 산소 최소구역(OMZ)의 북쪽 경계(연구 지역 위치 약 22°N)를 따라서는 500m 높이에서의 산소 농도가 연평균 10~20μM에 달할 수 있다.폴미에르와 루이스-피노, 2009(자료 출처: 세계 해양 아틀라스 2013)1본 연구에서 보고된 현장 조사 기간 동안, 우리는 산소 최소 구역(OMZ) 중심부에서 호기성 미생물 과정(예: 암모늄 및 아질산염 산화)을 지원하고 중요한 혐기성 미생물 과정을 부분적으로 억제하기에 충분한 농도(0.35 μM)의 산소를 측정했습니다. 호기성 미생물 과정은 이전에 동태평양 해양 분지(ETNP) 산소 최소 구역(OMZ)의 겉보기에는 아산소 또는 무산소층에서도 감지된 바 있습니다.Peng et al., 2015;Garcia-Robledo 외, 2017;Penn et al., 2019하지만 산소 최소 구역(OMZ)에서 특정 기능군 미생물의 분포와 활동을 조절하는 요인은 아직 완전히 밝혀지지 않았습니다.
산소 최소 구역(OMZ)에서 산소가 검출되지 않는 곳에 질산화균이 존재하는 것은 간헐적인 수직 산소 환기로 인한 산소 농도 급변층의 수직 위치 변화로 설명될 수 있으며, 이는 OMZ 중심부 내에 일시적인 미량 산소 농도를 유발할 수 있습니다.뮐러-카거 등, 2001;울로아 외, 2012;Garcia-Robledo 외, 2017이러한 일시적인 조건은 질산화균을 포함한 호기성 또는 미호기성 미생물 군집에 의해 이용될 수 있습니다. 더욱이, 표층에서 가라앉는 입자(응집된 세포, 배설물, 복합 유기물질)에는 미량의 산소가 포함될 수 있습니다.Ganesh et al., 2014따라서 산소와 호기성 미생물은 산소가 없는 수역으로 운반되어 입자와 관련된 호기성 대사 작용이 일시적으로 일어날 수 있게 됩니다. 입자는 미생물 생지화학적 순환의 주요 발생 지점으로 알려져 있습니다.사이먼 외, 2002;Ganesh et al., 2014) 그리고 자유생활 상태에서는 관찰되지 않는 대조적인 혐기성 또는 호기성 미생물 과정을 지원할 수 있습니다.알드레지와 코헨, 1987;Wright et al., 2012;수터 외, 2018).
본 연구에서는 동태평양 해양 산소 최소 구역(OMZ) 북쪽 경계에 서식하는 원핵생물 군집과 이들의 수직 분포에 영향을 미치는 환경 요인을 16S 앰플리콘 시퀀싱(iTags)과 다변량 통계 분석을 이용하여 조사하였다. 산화환원 조건이 서로 다른 산소약층 경계를 따라 여러 깊이에서 자유 생활형(0.2–2.7 μm)과 입자 부착형(>2.7 μm, 입자 및 원생생물 세포 포함)의 두 가지 크기 분획을 분석하였다.
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게시 시간: 2024년 7월 5일