De Eastern Tropical North Pacific (ETNP) is een grote, persistente en steeds intensiever wordende zuurstofminimumzone (OMZ) die bijna de helft van de totale oppervlakte van wereldwijde OMZ's beslaat. Binnen de OMZ-kern (ongeveer 350–700 m diepte) ligt de opgeloste zuurstof doorgaans dicht bij of onder de analytische detectielimiet van moderne sensoren (ongeveer 10 nM). Sterke zuurstofgradiënten boven en onder de OMZ-kern leiden tot verticale structurering van microbiële gemeenschappen die ook variëren tussen deeltjesgeassocieerde (PA) en vrijlevende (FL) fracties. Hier gebruiken we 16S-ampliconsequentie (iTags) om de diversiteit en distributie van prokaryotische populaties te analyseren tussen FL- en PA-fracties en binnen het bereik van omgevingsredoxomstandigheden. De hydrografische omstandigheden in ons studiegebied verschilden van die eerder gerapporteerd in de ETNP en andere OMZ's, zoals de ETSP. Sporenzuurstofconcentraties (ongeveer 0,35 μM) waren aanwezig in de OMZ-kern op onze bemonsteringslocatie. Als gevolg hiervan ontbraken de nitrietaccumulaties die normaal gesproken voor OMZ-kernen worden gerapporteerd, evenals de sequenties voor anammoxbacteriën (geslacht BrocadialesCandidatusScalindua), die vaak worden aangetroffen in oxisch-anoxische grensgebieden in andere systemen. De distributies van ammoniak-oxiderende bacteriën (AOB) en archaea (AOA) en de maximale autotrofe koolstofassimilatiesnelheid (1,4 μM C d–1) viel samen met een uitgesproken maximum aan ammoniumconcentratie nabij de top van de OMZ-kern. Daarnaast werden leden van het geslachtNitrospina, een dominante nitriet-oxiderende bacteriële (NOB) clade aanwezig, wat suggereert dat zowel ammoniak- als nitrietoxidatie plaatsvindt bij sporenzuurstofconcentraties. Analyse van de gelijkenistest (ANOSIM) en Non-metric Dimensional Scaling (nMDS) toonden aan dat bacteriële en archeale fylogenetische representaties significant verschilden tussen groottefracties. Gebaseerd op ANOSIM- en iTag-profielen werd de samenstelling van PA-assemblages minder beïnvloed door het heersende diepte-afhankelijke biogeochemische regime dan de FL-fractie. Gebaseerd op de aanwezigheid van AOA, NOB en sporenzuurstof in de OMZ-kern suggereren we dat nitrificatie een actief proces is in de stikstofcyclus van dit deel van de ETNP OMZ.
Invoering
Als reactie op de voortdurende klimaatverandering en lokale menselijke activiteiten zijn de concentraties 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), waardoor er zorgen ontstaan over de gevolgen van de uitbreiding van de zuurstofarme zone (Paulmier en Ruiz-Pino, 2009). Open oceaan OMZ's ontstaan wanneer een hoge primaire productie aan het oppervlak de biologische zuurstofvraag in ondergrondse wateren aanwakkert, die de fysieke ventilatie op diepte overschrijdt. Zuurstofconcentraties in OMZ-waterkolommen kunnen steile hellingen (oxycline) hebben 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, 2018). Zuurstofgradiënten 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 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 OMZ van het Benguela-opwellingssysteem (Kuypers et al., 2005). In deze systemen leiden de microbiële processen van canonieke denitrificatie (heterotrofe reductie van nitraat tot stikstofintermediairen en vaak tot distikstofgas) en anammox (anaërobe ammoniumoxidatie) tot stikstofverliezen die de primaire productie potentieel kunnen beperken (Ward et al., 2007Bovendien wordt geschat dat de oceanische lachgasemissies (een krachtig broeikasgas) door microbiële denitrificatie die plaatsvindt in OMZ-gebieden verantwoordelijk zijn voor ten minste een derde van de wereldwijde natuurlijke lachgasemissies (Naqvi et al., 2010).
De ETNP OMZ is een grote, aanhoudende en intensiverende zuurstofminimumzone die bijna de helft van het totale oppervlak van de mondiale OMZ's beslaat en zich bevindt tussen de 0-25°N breedtegraad en de 75-180°W lengtegraad (Paulmier en Ruiz-Pino, 2009;Schmidtko et al., 2017Vanwege hun ecologisch 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 is gebleken dat de opgeloste zuurstof in deze OMZ-kern (diepte van ongeveer 250–750 m) doorgaans dicht bij of onder de analytische detectielimiet ligt (ongeveer 10 nM) (Tiano et al., 2014;Garcia-Robledo et al., 2017Langs de noordelijke rand van de OMZ van het ETNP (locatie van de onderzoekslocatie ∼22°N) kunnen de zuurstofconcentraties op 500 m diepte echter jaarlijkse gemiddelden bereiken van tussen de 10 en 20 μM (Paulmier en Ruiz-Pino, 2009; Gegevens uit de World Ocean Atlas 2013)1Tijdens de hier gerapporteerde veldcampagne hebben we zuurstof in de OMZ-kern gemeten in concentraties die voldoende zijn (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 gedetecteerd in schijnbaar 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 OMZ's controleren, worden echter nog niet volledig begrepen.
De aanwezigheid van nitrificeerders waar zuurstof niet detecteerbaar is in een 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 sporenzuurstofniveaus in OMZ-kernen (Muller-Karger et al., 2001;Ulloa et al., 2012;Garcia-Robledo et al., 2017). Dergelijke tijdelijke omstandigheden kunnen worden uitgebuit door aerobe of microaerofiele populaties, waaronder nitrificeerders. Bovendien kunnen zinkende deeltjes uit de epipelagische cel (geaggregeerde cellen, fecale pellets en complexe organische materialen) sporen van zuurstof bevatten (Ganesh et al., 2014). Zo kunnen zuurstof en aerobe microben worden getransporteerd naar anderszins zuurstofloze wateren, waardoor aerobe metabolismen tijdelijk kunnen plaatsvinden in combinatie met deeltjes. Het is bekend dat deeltjes hotspots zijn van microbiële biogeochemische cycli (Simon et al., 2002;Ganesh et al., 2014) en kan contrasterende anaërobe of aërobe microbiële processen ondersteunen die niet worden waargenomen in de vrijlevende toestand (Alldredge en Cohen, 1987;Wright et al., 2012;Suter et al., 2018).
In de huidige studie onderzoeken we prokaryotische gemeenschappen die de noordelijke rand van de OMZ van de ETNP bezetten en omgevingsfactoren die waarschijnlijk hun verticale distributie beïnvloeden met behulp van 16S-ampliconsequentie (iTags) in combinatie met multivariate statistiek. We onderzochten twee fracties: de vrijlevende fractie (0,2–2,7 μm) en de deeltjesgeassocieerde fractie (> 2,7 μm, die zowel deeltjes als protistacellen opvangt) op verschillende diepten langs de oxycline die overeenkomen met verschillende redoxomstandigheden.
Wij kunnen opgeloste zuurstofsensoren leveren met verschillende parameters, zodat de moleculaire concentratie in realtime kan worden bewaakt. Welkom bij ons consult.
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/Onderhoudsvrije-fluorescentie-optische-water-opgelost_1600257132247.html?spm=a2747.product_manager.0.0.169671d29scvEu
Plaatsingstijd: 5 juli 2024