De oostelijke tropische Noord-Pacifische Oceaan (ETNP) is een grote, aanhoudende en intensiverende zuurstofarme zone (OMZ) die bijna de helft van het totale oppervlak van de wereldwijde OMZ's beslaat. In de kern van de OMZ (ongeveer 350-700 m diepte) is de concentratie opgeloste zuurstof doorgaans nabij of onder de analytische detectielimiet van moderne sensoren (ongeveer 10 nM). Steile zuurstofgradiënten boven en onder de kern van de OMZ leiden tot een verticale structurering van microbiële gemeenschappen die ook variëren tussen deeltjesgebonden (PA) en vrijlevende (FL) fracties. Hier gebruiken we 16S-ampliconsequencing (iTags) om de diversiteit en verspreiding van prokaryotische populaties te analyseren tussen FL- en PA-fracties en binnen het bereik van omgevingsredoxomstandigheden. De hydrografische omstandigheden in ons onderzoeksgebied verschilden van die welke eerder zijn gerapporteerd in de ETNP en andere OMZ's, zoals de ETSP. Sporen van zuurstofconcentraties (ongeveer 0,35 μM) waren aanwezig in de gehele kern van de OMZ op onze bemonsteringslocatie. Bijgevolg waren de nitrietaccumulaties die doorgaans worden gerapporteerd voor OMZ-kernen afwezig, evenals sequenties voor anammoxbacteriën (geslacht Brocadiales).KandidaatScalindua), die vaak voorkomen op de grens tussen oxische en anoxische omstandigheden in andere systemen. De verspreiding van ammoniakoxiderende bacteriën (AOB) en archaea (AOA) en de maximale autotrofe koolstofassimilatiesnelheden (1,4 μM C d) verschillen echter.–1) viel samen met een uitgesproken maximum in de ammoniumconcentratie nabij de top van de OMZ-kern. Bovendien waren er leden van het geslachtNitrospinaEr was een dominante clade van nitrietoxiderende bacteriën (NOB) aanwezig, wat suggereert dat zowel ammoniak- als nitrietoxidatie plaatsvindt bij sporen van zuurstofconcentraties. Analyse van gelijkenistesten (ANOSIM) en niet-metrische dimensionale schaling (nMDS) onthulden dat de fylogenetische representaties van bacteriën en archaea significant verschilden tussen de groottefracties. Op basis van ANOSIM- en iTag-profielen werd de samenstelling van PA-assemblages minder beïnvloed door het heersende diepteafhankelijke biogeochemische regime dan de FL-fractie. Op basis van de aanwezigheid van AOA, NOB en sporen van zuurstof in de OMZ-kern suggereren we dat nitrificatie een actief proces is in de stikstofcyclus van dit deel van de ETNP OMZ.
Invoering
Als gevolg van de aanhoudende klimaatverandering en lokale menselijke activiteiten is de concentratie opgeloste zuurstof in de open oceaan en in kustwateren afgenomen.Breitburg et al., 2018Het geschatte zuurstofverlies uit de open oceaan gedurende de afgelopen 60 jaar bedraagt meer dan 2%.Schmidtko et al., 2017), wat zorgen baart over de gevolgen van de uitbreiding van de zuurstofarme zone (Paulmier en Ruiz-Pino, 2009). Zuurstofarme zones (OMZ's) in de open oceaan ontstaan wanneer een hoge primaire productie aan het oppervlak de biologische zuurstofvraag in de onderliggende waterlagen voedt, die de snelheid van fysieke ventilatie op grotere diepte overstijgt. De zuurstofconcentraties in de waterkolommen van OMZ's kunnen steile gradiënten (oxycline) vertonen boven en onder de zuurstofarme kern, waardoor hypoxische (doorgaans tussen 2 en ~90 μM), suboxische (<2 μM) en anoxische (onder de detectielimiet (~10 nM)) lagen van verschillende afmetingen ontstaan.Bertagnolli en Stewart, 2018Zuurstofgradiënten leiden tot verticale structurering van metazoïsche en microbiële gemeenschappen en biogeochemische processen langs deze uitgebreide oxyclines (Belmar et al., 2011).
Enkele van de hoogste stikstofverliespercentages zijn geregistreerd in zuurstofarme zones (OMZ's) van de oostelijke tropische noordelijke Stille Oceaan (ETNP) en de zuidelijke Stille Oceaan (ETSP).Callbeck et al., 2017;Penn et al., 2019), het permanent gelaagde Cariaco-bekken (Montes et al., 2013), de Arabische Zee (Ward et al., 2009), en de zuurstofarme zone van het Benguela-opwellingssysteem (Kuypers et al., 2005In deze systemen leiden de microbiële processen van canonieke denitrificatie (heterotrofe reductie van nitraat tot stikstofverbindingen en vaak tot stikstofgas) en anammox (anaerobe ammoniumoxidatie) tot stikstofverliezen die de primaire productie potentieel kunnen beperken.Ward et al., 2007Bovendien wordt geschat dat de uitstoot van lachgas (een krachtig broeikasgas) door microbiële denitrificatie in zuurstofarme zones verantwoordelijk is voor ten minste een derde van de wereldwijde natuurlijke lachgasuitstoot.Naqvi et al., 2010).
De ETNP OMZ is een grote, aanhoudende en intensiverende zone met een laag zuurstofgehalte die bijna de helft van het totale oppervlak van de wereldwijde OMZ's beslaat en zich bevindt tussen 0–25°N breedtegraad en 75 en 180°W lengtegraad.Paulmier en Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko et al., 2017Vanwege hun ecologische belang zijn de biogeochemie en microbiële diversiteit van verschillende ETNP OMZ-regio's intensief bestudeerd (bijv.Beman en Carolan, 2013;Duret et al., 2015;Ganesh et al., 2015;Chronopoulou et al., 2017;Pack et al., 2015;Peng et al., 2015Uit eerdere onderzoeken blijkt dat het opgeloste zuurstofgehalte in deze OMZ-kern (op een diepte van circa 250-750 m) doorgaans dicht bij of onder de analytische detectielimiet ligt (circa 10 nM).Tiano et al., 2014;Garcia-Robledo et al., 2017Langs de noordelijke rand van de zuurstofarme zone van het ETNP (onderzoeksgebied op circa 22°N) kunnen de zuurstofconcentraties op 500 m hoogte echter jaarlijks gemiddeld tussen de 10 en 20 μM liggen.Paulmier en Ruiz-Pino, 2009(Gegevens uit de World Ocean Atlas 2013)1Tijdens de hier beschreven veldcampagne hebben we zuurstof in de kern van de zuurstofarme zone (OMZ) gemeten in voldoende concentraties (0,35 μM) om aerobe microbiële processen, zoals ammonium- en nitrietoxidatie, te ondersteunen en belangrijke anaerobe microbiële processen gedeeltelijk te remmen. Aerobe microbiële processen zijn eerder al waargenomen in ogenschijnlijk suboxische of anoxische lagen van de ETNP OMZ.Peng et al., 2015;Garcia-Robledo et al., 2017;Penn et al., 2019De factoren die de verspreiding en activiteiten van specifieke functionele groepen micro-organismen in zuurstofarme zones bepalen, zijn echter nog niet volledig bekend.
De aanwezigheid van nitrificerende bacteriën waar zuurstof niet detecteerbaar is in een zuurstofarme zone (OMZ) kan worden verklaard door recente verschuivingen in de verticale positie van de oxycline als gevolg van episodische verticale zuurstofventilatie, wat kan leiden tot kortstondige sporen van zuurstof in de kernen van de OMZ.Muller-Karger et al., 2001;Ulloa et al., 2012;Garcia-Robledo et al., 2017Dergelijke tijdelijke omstandigheden kunnen worden benut door aerobe of microaërofiele populaties, waaronder nitrificerende bacteriën. Bovendien kunnen zinkende deeltjes uit de epipelagische laag (geaggregeerde cellen, fecale pellets en complexe organische materialen) sporen van zuurstof bevatten.Ganesh et al., 2014Zo kunnen zuurstof en aerobe microben naar anders anoxische wateren worden getransporteerd, waardoor tijdelijk aerobe stofwisseling in samenhang met deeltjes kan plaatsvinden. Het is bekend dat deeltjes hotspots zijn voor microbiële biogeochemische kringlopen.Simon et al., 2002;Ganesh et al., 2014) en kunnen contrasterende anaerobe of aerobe microbiële processen ondersteunen die niet worden waargenomen in de vrijlevende toestand (Alldredge en Cohen, 1987;Wright et al., 2012;Suter et al., 2018).
In deze studie onderzoeken we de prokaryotische gemeenschappen die de noordelijke rand van de zuurstofarme zone (OMZ) van het ETNP bewonen, evenals de omgevingsfactoren die waarschijnlijk hun verticale verspreiding beïnvloeden. Hiervoor gebruiken we 16S-ampliconsequencing (iTags) in combinatie met multivariate statistiek. We onderzochten twee groottefracties: de vrijlevende fractie (0,2–2,7 μm) en de aan deeltjes gebonden fractie (>2,7 μm, bestaande uit zowel deeltjes als protistencellen) op verschillende diepten langs de oxycline, die overeenkomen met verschillende redoxomstandigheden.
Wij kunnen sensoren voor opgeloste zuurstof met verschillende parameters leveren, zodat de moleculaire concentratie in realtime kan worden gemeten. Neem gerust contact met ons op voor meer informatie.
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
Geplaatst op: 05-07-2024