اثر اکسیژن محلول ناچیز بر ساختار جامعه پروکاریوپلانکتون در منطقه حداقل اکسیژن

منطقه گرمسیری شرقی اقیانوس آرام شمالی (ETNP) یک منطقه حداقل اکسیژن (OMZ) بزرگ، پایدار و در حال تشدید است که تقریباً نیمی از کل مساحت OMZهای جهانی را تشکیل می‌دهد. در هسته OMZ (عمق حدود ۳۵۰ تا ۷۰۰ متر)، اکسیژن محلول معمولاً نزدیک یا پایین‌تر از حد تشخیص تحلیلی حسگرهای مدرن (حدود ۱۰ نانومتر) است. شیب‌های تند اکسیژن در بالا و پایین هسته OMZ منجر به ساختار عمودی جوامع میکروبی می‌شود که بین بخش‌های اندازه مرتبط با ذرات (PA) و بخش‌های اندازه آزاد (FL) نیز متفاوت هستند. در اینجا، ما از توالی‌یابی آمپلیکون ۱۶S (iTags) برای تجزیه و تحلیل تنوع و توزیع جمعیت‌های پروکاریوتی بین بخش‌های اندازه FL و PA و در طیف وسیعی از شرایط اکسایش-کاهش محیطی استفاده می‌کنیم. شرایط هیدروگرافی در منطقه مورد مطالعه ما با مواردی که قبلاً در ETNP و سایر OMZها، مانند ETSP، گزارش شده بود، متمایز بود. غلظت‌های ناچیز اکسیژن (حدود ۰.۳۵ میکرومولار) در سراسر هسته OMZ در محل نمونه‌برداری ما وجود داشت. در نتیجه، تجمع نیتریت که معمولاً برای هسته‌های OMZ گزارش می‌شود، وجود نداشت، همانطور که توالی‌های مربوط به باکتری‌های آناموکس (جنس Brocadiales) نیز وجود نداشت.کاندیداتوسScalindua)، که معمولاً در مرزهای اکسیژن-آنوکسیک در سیستم‌های دیگر یافت می‌شوند. با این حال، توزیع باکتری‌های اکسیدکننده آمونیاک (AOB) و آرکی‌ها (AOA) و حداکثر نرخ جذب کربن اتوتروفیک (1.4 میکرومولار Cd-1)^–۱) با حداکثر غلظت آمونیوم قابل توجه در نزدیکی بالای هسته OMZ همزمان بود. علاوه بر این، اعضای این جنسنیتروسپینا، یک کلاد باکتریایی اکسیدکننده نیتریت (NOB) غالب وجود داشت که نشان می‌دهد اکسیداسیون آمونیاک و نیتریت هر دو در غلظت‌های ناچیز اکسیژن رخ می‌دهد. تجزیه و تحلیل آزمون شباهت (ANOSIM) و مقیاس‌بندی ابعادی غیرمتریک (nMDS) نشان داد که نمایش‌های فیلوژنتیک باکتریایی و آرکی بین بخش‌های اندازه به طور قابل توجهی متفاوت بودند. بر اساس پروفایل‌های ANOSIM و iTag، ترکیب مجموعه‌های PA کمتر از بخش FL تحت تأثیر رژیم غالب بیوژئوشیمیایی وابسته به عمق قرار گرفت. بر اساس حضور AOA، NOB و اکسیژن ناچیز در هسته OMZ، پیشنهاد می‌کنیم که نیتریفیکاسیون یک فرآیند فعال در چرخه نیتروژن این منطقه از OMZ ETNP است.

مقدمه

در پاسخ به تغییرات اقلیمی مداوم و فعالیت‌های انسانی محلی، غلظت اکسیژن محلول در اقیانوس‌های آزاد و سیستم‌های دریایی ساحلی رو به کاهش بوده است (بریتبورگ و همکاران، ۲۰۱۸). میزان تخمینی از دست رفتن اکسیژن از اقیانوس‌های آزاد در طول 60 سال گذشته بیش از 2٪ است (اشمیتکو و همکاران، ۲۰۱۷) ، نگرانی‌هایی را در مورد عواقب گسترش منطقه خالی از اکسیژن ایجاد می‌کند (پاولمیر و رویز-پینو، ۲۰۰۹). مناطق آزاد اقیانوسی (OMZ) زمانی تشکیل می‌شوند که تولید اولیه سطحی بالا، نیاز بیولوژیکی به اکسیژن را در آب‌های زیرسطحی افزایش می‌دهد که از میزان تهویه فیزیکی در عمق بیشتر است. غلظت اکسیژن در ستون‌های آب OMZ می‌تواند شیب تندی (اکسیکلین) در بالا و پایین هسته تهی از اکسیژن داشته باشد و لایه‌های هیپوکسیک (معمولاً بین 2 تا 90 میکرومولار)، سابوکسیک (کمتر از 2 میکرومولار) و آنوکسیک (زیر حد تشخیص (حدود 10 نانومولار)) با ابعاد مختلف ایجاد کند (برتانولی و استوارت، ۲۰۱۸). گرادیان‌های اکسیژن منجر به ساختار عمودی جوامع متازوئن و میکروبی و فرآیندهای بیوژئوشیمیایی در امتداد این اکسیکلین‌های گسترده می‌شوند (بلمار و همکاران، ۲۰۱۱).

برخی از بالاترین نرخ‌های از دست دادن نیتروژن در مناطق گرمسیری شرق اقیانوس آرام شمالی (ETNP) و جنوب اقیانوس آرام (ETSP) ثبت شده است.کالبک و همکاران، ۲۰۱۷;پن و همکاران، ۲۰۱۹)، حوضه کاریاکو که به طور دائم لایه بندی شده است (مونتس و همکاران، ۲۰۱۳) ، دریای عرب (وارد و همکاران، ۲۰۰۹) و OMZ سیستم بالاآمدگی بنگوئلا (کویپرز و همکاران، ۲۰۰۵در این سیستم‌ها، فرآیندهای میکروبی دنیتریفیکاسیون متعارف (کاهش هتروتروف نیترات به واسطه‌های نیتروژن و اغلب به گاز دی نیتروژن) و آناموکس (اکسیداسیون بی‌هوازی آمونیوم) منجر به تلفات نیتروژن می‌شود که می‌تواند به طور بالقوه تولید اولیه را محدود کند (وارد و همکاران، ۲۰۰۷علاوه بر این، تخمین زده می‌شود که انتشار اکسید نیتروژن اقیانوسی (یک گاز گلخانه‌ای قوی) ناشی از دنیتریفیکاسیون میکروبی که در مناطق غیرمسکونی رخ می‌دهد، حداقل یک سوم از انتشار اکسید نیتروژن طبیعی جهانی را تشکیل می‌دهد (نقوی و همکاران، ۲۰۱۰).

منطقه‌ی OMZ ETNP یک منطقه‌ی حداقل اکسیژن بزرگ، پایدار و در حال تشدید است که تقریباً نیمی از کل مساحت OMZهای جهانی را تشکیل می‌دهد و بین عرض جغرافیایی 0 تا 25 درجه شمالی و طول جغرافیایی 75 تا 180 درجه غربی واقع شده است.پاولمیر و رویز-پینو، ۲۰۰۹;اشمیتکو و همکاران، ۲۰۱۷). با توجه به اهمیت اکولوژیکی آنها، بیوژئوشیمی و تنوع میکروبی مناطق مختلف ETNP OMZ به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته است (به عنوان مثال،بمن و کارولان، ۲۰۱۳;دورت و همکاران، ۲۰۱۵;گانش و همکاران، ۲۰۱۵;کرونوپولو و همکاران، ۲۰۱۷;پک و همکاران، ۲۰۱۵;پنگ و همکاران، ۲۰۱۵مطالعات قبلی گزارش می‌دهند که اکسیژن محلول در هسته این OMZ (عمق حدود ۲۵۰ تا ۷۵۰ متر) معمولاً نزدیک یا پایین‌تر از حد تشخیص تحلیلی (حدود ۱۰ نانومتر) است (تیانو و همکاران، ۲۰۱۴;گارسیا-روبِلدو و همکاران، ۲۰۱۷با این حال، در امتداد حاشیه شمالی منطقه مورد مطالعه ETNP (حدود ۲۲ درجه شمالی) غلظت اکسیژن در ارتفاع ۵۰۰ متری می‌تواند به میانگین سالانه بین ۱۰ تا ۲۰ میکرومولار برسد (پاولمیر و رویز-پینو، ۲۰۰۹(داده‌ها از اطلس اقیانوس جهانی ۲۰۱۳)^۱در طول عملیات میدانی گزارش‌شده در اینجا، ما اکسیژن را در هسته OMZ در غلظت‌های کافی (0.35 میکرومولار) اندازه‌گیری کردیم تا فرآیندهای میکروبی هوازی، مانند اکسیداسیون آمونیوم و نیتریت، را پشتیبانی کرده و تا حدی فرآیندهای میکروبی بی‌هوازی مهم را مهار کند. فرآیندهای میکروبی هوازی قبلاً در لایه‌های ظاهراً نیمه‌اکسیژن یا بی‌اکسیژن ETNP OMZ شناسایی شده‌اند (پنگ و همکاران، ۲۰۱۵;گارسیا-روبِلدو و همکاران، ۲۰۱۷;پن و همکاران، ۲۰۱۹با این حال، عوامل کنترل‌کننده توزیع و فعالیت‌های گروه‌های عاملی خاص میکروارگانیسم‌ها در OMZها هنوز به طور کامل شناخته نشده‌اند.

وجود نیتریفایرها در جایی که اکسیژن در OMZ غیرقابل تشخیص است را می‌توان با تغییرات اخیر در موقعیت عمودی اکسی‌سیلین به دلیل تهویه عمودی اکسیژن اپیزودیک توضیح داد، که می‌تواند منجر به سطوح اکسیژن گذرا و ناچیز در هسته‌های OMZ شود (مولر-کارگر و همکاران، ۲۰۰۱;اولوا و همکاران، ۲۰۱۲;گارسیا-روبِلدو و همکاران، ۲۰۱۷). چنین شرایط گذرا می‌تواند توسط جمعیت‌های هوازی یا میکروآئروفیلیک، از جمله نیتریفایرها، مورد سوء استفاده قرار گیرد. علاوه بر این، ذرات ته‌نشین شده از اپی‌پلاژیک (سلول‌های تجمع یافته، گلوله‌های مدفوعی و مواد آلی پیچیده) می‌توانند حاوی مقادیر ناچیزی اکسیژن باشند (گانش و همکاران، ۲۰۱۴بنابراین، اکسیژن و میکروب‌های هوازی می‌توانند به آب‌های فاقد اکسیژن منتقل شوند و به طور موقت امکان متابولیسم هوازی را در ارتباط با ذرات فراهم کنند. ذرات به عنوان نقاط داغ چرخه‌های بیوژئوشیمیایی میکروبی شناخته می‌شوند (سیمون و همکاران، ۲۰۰۲;گانش و همکاران، ۲۰۱۴) و می‌تواند فرآیندهای میکروبی هوازی یا بی‌هوازی متضادی را که در حالت آزاد مشاهده نمی‌شوند، پشتیبانی کند (آلدریج و کوهن، ۱۹۸۷;رایت و همکاران، ۲۰۱۲;سوتر و همکاران، ۲۰۱۸).

در مطالعه حاضر، ما جوامع پروکاریوتی ساکن در حاشیه شمالی OMZ ETNP و عوامل محیطی که احتمالاً بر توزیع عمودی آنها تأثیر می‌گذارند را با استفاده از توالی‌یابی آمپلیکون 16S (iTags) همراه با آمار چند متغیره بررسی می‌کنیم. ما دو بخش از نظر اندازه را بررسی کردیم؛ بخش آزاد (0.2-2.7 میکرومتر) و بخش مرتبط با ذرات (>2.7 میکرومتر، ذرات و همچنین سلول‌های پروتستان را به دام می‌اندازد) در اعماق مختلف در امتداد اکسی‌سیلین که با شرایط اکسایش-کاهش متمایزی مطابقت دارند.

ما می‌توانیم حسگرهای اکسیژن محلول را با پارامترهای مختلف ارائه دهیم تا غلظت مولکولی در زمان واقعی قابل کنترل باشد. برای مشاوره خوش آمدید

https://www.alibaba.com/product-detail/Wifi-4G-Gprs-RS485-4-20mA_1600559098578.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu

https://www.alibaba.com/product-detail/Maintenance-Free-Fluorescence-Optical-Water-Dissolved_1600257132247.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu