동북열대태평양(ETNP)은 전 세계 OMZ 전체 면적의 거의 절반을 차지하는, 광활하고 지속적이며 강화되는 산소 최소대(OMZ)입니다. OMZ 코어(약 350~700m 깊이) 내에서 용존산소는 일반적으로 현대 센서의 분석 검출 한계(약 10nM)에 근접하거나 그 이하입니다. OMZ 코어 상하부의 급격한 산소 기울기는 미생물 군집의 수직적 구조화를 초래하며, 이는 입자 결합(PA) 및 자유 생활(FL) 크기 분획 간에도 다양합니다. 본 연구에서는 16S 앰플리콘 시퀀싱(iTags)을 사용하여 FL 및 PA 크기 분획 간, 그리고 다양한 주변 산화환원 조건에서 원핵생물 개체군의 다양성과 분포를 분석합니다. 본 연구 지역의 수로학적 조건은 ETNP 및 ETSP와 같은 다른 OMZ에서 이전에 보고된 조건과 달랐습니다. 미량 산소 농도(약 0.35μM)는 샘플링 위치의 OMZ 코어 전체에 걸쳐 존재했습니다. 결과적으로 OMZ 코어에 대해 일반적으로 보고된 아질산염 축적은 anammox 박테리아(Brocadiales 속)에 대한 시퀀스와 마찬가지로 존재하지 않았습니다.칸디다투스스칼린두아(Scalindua)는 다른 시스템에서는 호기-무산소 경계에서 흔히 발견됩니다. 그러나 암모니아 산화 세균(AOB)과 고균(AOA)의 분포와 최대 자가영양 탄소 동화율(1.4 μM C d–1)은 OMZ 핵 상단 부근에서 뚜렷한 암모늄 농도 최대치와 일치했습니다. 또한, 속(genus)의 구성원들은니트로스피나우세한 아질산염 산화 박테리아(NOB) 분기군이 존재하여 암모니아와 아질산염 산화가 미량 산소 농도에서 발생함을 시사합니다. 유사성 검정(ANOSIM) 및 비계량적 차원 스케일링(nMDS) 분석 결과, 박테리아와 고균의 계통학적 표현은 크기 분획 간에 유의미한 차이를 보였습니다. ANOSIM 및 iTag 프로파일에 따르면, PA 조합의 구성은 FL 분획보다 우세한 깊이 의존적 생지화학적 체계의 영향을 덜 받았습니다. OMZ 코어에 AOA, NOB 및 미량 산소가 존재하는 것을 바탕으로, 질산화는 ETNP OMZ의 이 지역에서 질소 순환의 활성 과정임을 시사합니다.
소개
진행 중인 기후 변화와 지역화된 인간 활동에 대응하여 열린 바다와 해안 해양 시스템에서 용존 산소 농도가 감소하고 있습니다.브라이트버그 등, 2018). 지난 60년 동안 열린 바다에서 추정되는 산소 손실량은 2%를 초과합니다.슈미트코 등, 2017), 산소 결핍 구역 확장의 결과에 대한 우려를 불러일으키고 있습니다.폴미에와 루이스-피노, 2009). 외해 OMZ는 높은 표면 일차 생산으로 인해 지하수에서 생물학적 산소 요구량이 심해의 물리적 환기율을 초과할 때 형성됩니다. OMZ 수주 내 산소 농도는 산소가 고갈된 심층 위아래로 가파른 기울기(산소경사층)를 가질 수 있으며, 이는 저산소층(일반적으로 2~90 μM), 아산소층(<2 μM), 그리고 무산소층(검출 한계(∼10 nM) 미만)의 다양한 크기의 층을 형성합니다.베르타뇰리와 스튜어트, 2018). 산소 구배는 이러한 광범위한 산소층을 따라 후생동물 및 미생물 군집의 수직 구조화와 생지화학적 과정으로 이어집니다.벨마 등, 2011).
질소 손실률이 가장 높은 지역 중 일부는 동태평양 열대해역(ETNP)과 남태평양(ETSP)의 OMZ에서 기록되었습니다.콜벡 등, 2017;펜 등, 2019), 영구적으로 층화된 카리아코 분지(Montes et al., 2013), 아라비아해(Ward et al., 2009), 그리고 Benguela 상승류 시스템의 OMZ(Kuypers et al., 2005). 이러한 시스템에서는 표준 탈질소화(질산염을 질소 중간체로, 그리고 종종 이질소 가스로 이종영양 환원) 및 아나목스(혐기성 암모늄 산화)의 미생물 과정이 잠재적으로 1차 생산을 제한할 수 있는 질소 손실을 초래합니다.Ward et al., 2007). 또한 OMZ에서 발생하는 미생물 탈질소화로 인한 해양 아산화질소 배출(강력한 온실 가스)은 전 세계 자연 아산화질소 배출의 최소 1/3을 차지하는 것으로 추산됩니다.Naqvi et al., 2010).
ETNP OMZ는 전 세계 OMZ 총 면적의 거의 절반을 차지하는 대규모의 지속적이고 강화되는 산소 최소 영역으로 북위 0~25°, 서경 75~180° 사이에 위치합니다.폴미에와 루이스-피노, 2009;슈미트코 등, 2017). 생태학적 중요성으로 인해 다양한 ETNP OMZ 지역의 생지화학 및 미생물 다양성이 집중적으로 연구되었습니다(예:비먼과 캐롤란, 2013;Duret et al., 2015;Ganesh et al., 2015;Chronopoulou et al., 2017;Pack et al., 2015;Peng et al., 2015). 이전 연구에 따르면 이 OMZ 코어(∼250–750m 깊이)의 용존 산소는 일반적으로 분석 감지 한계(∼10nM)에 가깝거나 그 이하입니다.Tiano et al., 2014;Garcia-Robledo et al., 2017). 그러나 ETNP의 OMZ 북쪽 경계를 따라(연구 현장 위치 북위 ∼22°) 500m의 산소 농도는 연평균 10~20μM에 도달할 수 있습니다.폴미에와 루이스-피노, 2009; World Ocean Atlas 2013 자료)1본 연구에 보고된 현장 조사 기간 동안, OMZ 중심부의 산소 농도를 암모늄 및 아질산염 산화와 같은 호기성 미생물 과정을 지원하고 중요한 혐기성 미생물 과정을 부분적으로 억제하기에 충분한 농도(0.35 μM)로 측정했습니다. 호기성 미생물 과정은 이전에도 ETNP OMZ의 아산소 또는 무산소층에서 관찰되었습니다(Peng et al., 2015;Garcia-Robledo et al., 2017;펜 등, 2019). 그러나 OMZ 내 미생물의 특정 기능 그룹의 분포와 활동을 제어하는 요인은 아직 완전히 이해되지 않았습니다.
OMZ에서 산소가 감지되지 않는 질산화균의 존재는 최근의 수직 산소 환기로 인한 산소층 수직 위치의 변화로 설명될 수 있으며, 이는 OMZ 코어 내에서 일시적인 미량 산소 수준으로 이어질 수 있습니다.Muller-Karger 등, 2001;Ulloa et al., 2012;Garcia-Robledo et al., 2017). 이러한 일시적인 조건은 질산화균을 포함한 호기성 또는 미호기성 개체군에 의해 이용될 수 있습니다. 더욱이, 표층수에서 가라앉는 입자(응집된 세포, 분변 알갱이, 복잡한 유기 물질)에는 미량의 산소가 포함될 수 있습니다(Ganesh et al., 2014). 따라서 산소와 호기성 미생물은 무산소 수역으로 이동하여 일시적으로 입자와 함께 호기성 대사가 일어날 수 있습니다. 입자는 미생물 생지화학적 순환의 핫스팟으로 알려져 있습니다(Simon et al., 2002;Ganesh et al., 2014) 그리고 자유 생활 상태에서는 관찰되지 않는 대조적인 혐기성 또는 호기성 미생물 과정을 지원할 수 있습니다.올드리지와 코헨, 1987;Wright et al., 2012;Suter et al., 2018).
본 연구에서는 ETNP OMZ의 북쪽 경계에 존재하는 원핵생물 군집과 이들의 수직 분포에 영향을 미칠 가능성이 있는 환경 요인을 16S 앰플리콘 시퀀싱(iTags)과 다변량 통계를 이용하여 조사한다. 두 가지 크기 분획, 즉 자유 생활 분획(0.2–2.7 μm)과 입자 결합 분획(>2.7 μm, 입자와 원생생물 세포를 모두 포획)을 옥시클라인을 따라 다양한 깊이에서 분석하였으며, 이는 서로 다른 산화환원 조건에 해당한다.
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게시 시간: 2024년 7월 5일