海洋微生物群落的季节性

海洋微生物群落的季节性

海洋变暖发生在每年的季节性周期，可以帮助我们了解的浮游生物的长期气候变化的响应。微生物群落的营业额有节奏的季节性模式被发现时的高分辨率测量微生物浮游生物多样性应用在漫长的时间序列收集的样本。在微生物浮游生物的季节性周期是复杂的，但固定的海洋监测站的长期变化和自动化仪表的发展所提供的时间序列数据，需要了解这些周期不同，在广泛的地域范围。通过数据积累和使用的预测模型，我们获得洞察的变化由于海洋表面继续温暖的海洋分层的程度和持续时间将增加发生。这些发展将使海洋科学家预测，地球化学循环的微生物介导的变化和评估他们的广泛影响。

在浮游生物群落季节动态出现明显的海洋水色卫星观测（1）。在最大的尺度，海洋表层叶绿素季节性脉冲可以识别所驱动的动态，地理变量，水文过程，应对一天的长度。生物圈中的季节性的幅度如此之大，大气中的二氧化碳的长期测量揭示了艺术每年通过光合作用固定的失衡在发布的呼吸碳比。这比振荡作为碳储存植物生物量在北半球的夏季是在秋季和冬季呼吸再次释放。

虽然海洋微生物浮游生物的贡献几乎一半的年度全球总光合作用，他们的贡献的季节性不平衡中的碳循环的大气CO2浓度波动显示比陆地上的植物不多。这是因为海洋中的浮游植物，有机碳的生产与消费的化能自养浮游细菌，archaeoplankton紧密耦合，和原生生物（2）。的海洋生物碳循环的催化剂是短暂的细胞活力的社区。土地

植物生物量约为600 PG C（1皮克= 1015克），以15的年周转次数，而海洋浮游植物生物量仅约2 PG C，一个6天的周转时间。

在海洋微生物群落的季节性的兴趣都源于季节性和全球变化的关系。无论复杂的水文过程和气候，对海洋变暖的主要影响是增加水体分层（3），发生在温带和热带海域的海洋表面分层每年的暑假期间在某种程度上。因此，研究季节性能提供了如何将变暖对广泛的规模会影响海洋微生物群落功能直接的见解。尽管叶绿素和光合速率的股票上的生物学特性，对气候变暖的分层列表，对大气CO2浓度上升的担忧集中在光合异养之间略有年度失衡。这种不平衡导致在海洋大气CO2及其长期储存的净去除（4）。海洋生物介导的过程，消除大气中的二氧化碳是复杂的；他们包括下沉颗粒有机物（POM）和生物成因的碳酸盐岩，以及从上部透光区运输的溶解性有机物（佩克斯）为上中层（UMP）的湍流混合（5）。碳去除机制之一，有时被称为“生物碳泵，是溶解性有机物（DOM）的转换，是顽固的微生物氧化化合物（RDOM）和海洋中的积累（6，7）。RDOM是一个非均相混合物包括化合物，如D–氨基酸和脂多糖，是微生物的细胞壁和膜上发现的。的RDOM最丰富的组成是结构上的特点是carboxylrich脂环族分子（CRAM），一个异构类，承担了一些结构相似的萜类化合物可能是甾醇和藿烷类化合物的部分氧化产物的化合物（8）。

单细胞微生物的微生物浮游生物是海洋地球化学循环的主要代理。动态变化的社区

这些生物的减少和氧化碳，氮，硫。生态研究用遗传标记的微生物鉴定的垂直分层，模式的纬向分布，并与多变的季节变化。季节性的有力的证据出现在海洋中的某些部位标记的遗传，微生物浮游生物多样性进行海洋时间序列（9）。要解密这些社区的主要障碍之一是培养他们的困难，但这是由开发方法部分地克服

重建的基因组片段的社区DNA或单细胞从环境（10–12）。

季节性是海洋表面的生态学的一个重要主题

在中高纬度地区的春季浮游植物大量繁殖的微生物浮游生物季节性是公认的，首先研究的表现，和建模（13）。已经提出了几种理论描述的物理，化学和生物的相互作用，控制春季定时（春季）在海洋的季节的浮游植物水华。Sverdrup 的临界深度假说广泛用作了解季节的浮游植物水华的概念基础。它预测的花朵开始当混合层浅滩在网采浮游植物生长超过净损失的深度（13）。一个有关的概念，稀释耦的假设，预测在隆冬的浮游植物生长加速度为混合和稀释，使放牧的原生生物效率较低（14）。

在大西洋百慕大群岛时间序列研究的年度事件（蝙蝠）在西部马尾藻海的网站说明Sverdrup的临界深度假说的原则和稀释耦假说（图1A）。深层搅拌桩在冬季期间，浮游植物的种群稀释意味着更少的光，较低的浮游植物细胞密度，可能不太有效的捕食。浮游植物的种群，在混合层在浅滩暴露于更高的光强度，导致明显的浮游植物大量繁殖，在春季在高纬度地区。在低纬度地区，画面是复杂的，长的冬天和较低的平均养分（N、P）的可用性，导致浮游植物的生长率增加，当混合移动N和P从中层到真光层。临界深度假说和稀释耦假说表明广泛影响微生物浮游生物生态思维的两个概念问题的对比：（我）到什么程度，微生物浮游生物群落的化学和物理因素确定的组合物，如大量营养元素（N、P）通量和光，而不是通过直接的生物相互作用的控制，如通过放牧原生生物和病毒捕食？（二）如何做这些过程不同的海洋的网站之间的变化，或作为气候变化改变条件？

浮游植物的季节性的细节，不断发现方法开发监控个别浮游植物种群。流式细胞仪研究了浮游植物种群动态在每月的样品在两个长期的网站，夏威夷海洋时间序列（热；图1b），在北太平洋副热带环流，蝙蝠（图1A），表明单细胞蓝藻原绿球藻为主，夏季和秋季浮游植物水柱时最分层（15）。较大的蓝藻聚球藻在炎热的冬季和春季在蝙蝠更丰富和更接近表面，比原绿球藻（16）。光合picoeukaryotes [细胞直径小于3毫米（16）；2至4毫米（15）]是最常见的在春天，但春天盛开在蝙蝠更明显，可能是因为较深的混合层建立在冬季（100 M在热与250米的蝙蝠）（15，16）。请注意，从光散射使这些研究计算得到的碳量测量细胞大小的；通常这些信息是不可用的研究表明，使用环境的基因频率为代表的细胞。类似的模式在亚喀巴湾，观察到的深，红海的贫营养区域，其中隐藻和绿藻丰富的冬季和夏季原绿球藻是丰富的（17）。

A

大西洋百慕大群岛时间序列研究（BATS）

B

夏威夷海洋时间序列研究（热）

在表面层中的微生物群落变化的年度图案（0到300米）在蝙蝠和热。（一）四的微生物群落已经被他们的系统发育的组合物解决。在一个透光区社区交替占主导地位的真核浮游植物在冬季和春季[春天开花的蝙蝠（SBL）；淡绿色]和分层对在夏天和初秋的蓝藻为主的社区（见图2）。这些季节转换改变许多重要的环境变量：每月平均日光（紫线），溶解有机碳（棕色），亚硝酸盐加硝酸盐（红色