Nitrogen-Breathing微生物

所有生物就像猫、狗、树木,和你是生物。非常小的生物,如细菌,被称为微生物(细菌)。更大的像我们这样的生物是由数百万或数十亿细胞连接在一起。与美国不同的是,大多数微生物由只是一个微小的细胞。我们经常听到的“坏”微生物。许多细菌引起疾病或感染,比如耳部感染或喉咙痛。但也有更多的好或无害的细菌比坏的细菌。例如,现在有成千上万的细菌生活在我们的消化道,帮助我们消化食物。也有细菌生活在肮脏的环境中,在湖泊,河流和海洋。这些细菌在地球上扮演很重要的角色,我们将会看到。

为了生存,所有生物需要食物、水和呼吸的东西。我们人类,喜欢所有的动物,需要呼吸氧气。当宇航员去太空,他们带来的食物,水,和氧气,因为在太空中没有氧气。这就是为什么他们要穿宇航服!水下的鱼也需要呼吸氧气。他们用鳃将氧气从水里,就像我们使用我们的肺将氧气从空气中。许多微生物利用氧气来呼吸。但有些种类的微生物有超级大国:他们可以呼吸氧气以外的东西!例如,一些微生物可以呼吸形式的另一个元素氮(图1)。

这些微生物nitrogen-breathing住在哪里?微生物可以使用氧气代替氮气时增长得更快。所以,当有氧气,微生物会选择呼吸氧气。但在一些地方海洋中,很少有氧气(图2一个)[2]。大多数鱼不能住在没有多少氧气的地方,和吸氧微生物不能生活在许多地区,。但超,nitrogen-breathing微生物可以生活在缺氧地区的海洋!有大量的氮呼吸在深海。

地球上这些nitrogen-breathing微生物起着重要的作用。虽然他们生活在深海,这些微生物呼吸时,溶解氮变成气体,最终在大气中3]。这些气体之一,一氧化二氮,是一个温室气体。就像二氧化碳、氧化亚氮有助于保持地球温暖。但也像二氧化碳一样,如果有太多的一氧化二氮,会有太多的变暖,这可能会导致地球的气候变化。

有多少这些nitrogen-breathing微生物?他们有多少氮呼吸?将来会有更多nitrogen-breathing微生物吗?我们想帮助回答这些问题弄清楚哪里nitrogen-breathing微生物生活在海洋深处。我们希望能找到这些nitrogen-breathers哪里?图2一个给了我们一个居住地的一般想法,但是我们想知道确切的区域。这些知识可以帮助我们计算出氮这些生物体的呼吸。利用这些信息,我们可以探讨这些生物体的一氧化二氮释放,这可能会进一步变暖的地球。

我们估计Nitrogen-Breathers住的地方怎么样?

因为所有生物体需要食物和呼吸的东西,我们想知道多少食物和氧气存在吸氧的海洋微生物,还有多少食物和氮nitrogen-breathing微生物的存在。这两种类型的微生物吃同样的食物,我们知道有很多氮在深海中,因此我们认为总有大量的氮nitrogen-breathers可用。所以,我们实际上只有两个估计:大量的食物和氧气的量用于微生物(1]。

这些估计给我们通量食物和氧气的海洋。通量是什么?通量的速度是会随着时间而改变。通量的食物的一个例子,考虑花生酱在你家的通量。你和你的家人有多少花生酱?回答这个问题,你可以估计多久你的家人购买花生酱。如果你的家人买一罐花生酱一周一次,每周通量是一个jar。如果你的朋友的家人每周买两罐花生酱,然后通量在他们的房子两倍在你的房子,每周两个罐子。因为你朋友的房子有一个高通量的花生酱,这意味着更多的花生酱吃住在你朋友的房子。如果另一个朋友的家人不买任何花生酱,然后没有通量花生酱的房子。 That house would not be a place that peanut-butter eaters would want to live. In your house and both of your friend’s houses, if you looked in the cupboards at the end of the week, before grocery shopping, there might not be任何花生酱在其中任何一个!只是计算的花生酱在众议院在任何时候不一样有用的通量估算花生酱。

我们使用同样的推理找出吸氧和nitrogen-breathing微生物可以生活的地方。我们计算通量的食物和氧气在深海中所有景点。我们使用大数据集就像大型图书馆、编译与其他科学家的测量,与氧气和食物的信息海洋中(4,5]。我们估计那里有充足的氧气和食物的吸氧微生物生活。然后,使用我们的计算,我们确定了在海洋的地方仍有食物,但是没有足够的氧气。这些都是我们认为nitrogen-breathing微生物可以生活的地方。

所以,他们住在哪里?

图2 b显示一个地图的位置在深海nitrogen-breathing微生物可以住的地方(1]。这些地区有大量的微生物的食物吃,但是没有足够的氧气来呼吸,所以它有利于微生物氮在这些地方能够呼吸。我们希望,如果我们把一艘船从这些地区和鸽子下到深海,我们也许能够找到nitrogen-breathing微生物。

如果你比较黑暗的蓝色区域图2一个与红色区域图2 b,你会发现它们在海洋中大致相同的点。部分地区有少量的氧气也有低氧通量:这些斑点是没人买的房子花生酱!我们的计算使用食物和氧气的流量识别的红色区域图2 b作为nitrogen-breathers居住的好地方。

为什么这些结果重要吗?

现在,我们可以估计nitrogen-breathing微生物生活在海洋,与这些信息我们能做些什么?正如我们前面所提到的,这些nitrogen-breathers可以改变氮溶解成一氧化二氮,一种温室气体,使地球保持温暖。如果在海里nitrogen-breathers数量的增加,那么可能会有更多一氧化二氮释放,和地球可以变得更加温暖。我们认为nitrogen-breathing微生物的数量可能增加,因为海洋中氧的总量将减少由于当前的气候变化。我们可以做的一件事,试图使地球保持凉爽现在是设法减少其他温室气体释放到大气中。例如,当我们骑自行车而不是开车,我们更少排放温室气体!

我们估计nitrogen-breathers居住在海洋将使我们能够更好地预测和有多少nitrogen-breathers将在未来的海洋。我们可以组合预测方法气候模型,计算机模拟被用来估计地球的未来气候将是什么样子。所以,我们得到的结果将有希望帮助我们计算出地球变暖是50年来,当你是一个成年人。超nitrogen-breathing微生物是一个重要的这个问题的答案!

术语表

微生物/微生物:↑一个小的单细胞有机体。

氮:↑一个元素,某些微生物可以呼吸的氧气。

一氧化二氮:↑一种温室气体,可以导致微生物呼吸氮。

温室气体:↑气体在大气中,使地球保持温暖,像二氧化碳或一氧化二氮。

通量:↑随时间的变化率的东西。

数据集:↑一个大型图书馆的信息,如海洋中大量的氧气。

气候模型:↑一个简化的计算机模拟地球的天气和气候系统,帮助我们了解地球的温度可能会改变。

的利益冲突

作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。

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原始的文章

↑Zakem, e . J。,Lauderdale, J., Schlitzer, R., and Follows, M. J. 2021. A flux-based threshold for anaerobic activity in the ocean.地球物理学。卷。48:e2020GL090423。gl090423 doi: 10.1029/2020

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引用

[1]↑Zakem, e . J。,Lauderdale, J. M., Schlitzer, R., and Follows, M. J. 2021. A flux-based threshold for anaerobic activity in the ocean.地球物理学。卷。48:e2020GL090423。gl090423 doi: 10.1029/2020

[2]↑Paulmier,。,and Ruiz-Pino, D. 2009. Oxygen minimum zones (OMZs) in the modern ocean.掠夺。Oceanogr。80:113-28。doi: 10.1016 / j.pocean.2008.08.001

[3]↑病房里,比比2013。海洋。氮是如何丢失。科学。341:352-3。doi: 10.1126 / science.1240314

[4]↑啤酒,r . 2002。在南大洋碳出口通量:逆建模和结果与卫星的估计。深海Res。49:1623-44。doi: 10.1016 / s0967 - 0645 (02) 00004 - 8

[5]↑加西亚,h·E。,Locarnini, R. A., Boyer, T. P., Antonov, J. I., Mishonov, A. V., Baranova, O. K., et al. 2013. “World ocean atlas 2013. Vol. 3: Dissolved oxygen, apparent oxygen utilization, and oxygen saturation,” inNOAA Atlas NESDIS 75、eds s·莱维图斯和a . Mishonov(马里兰州银泉:美国商务部)。27页。doi: 10.7289 / V5XG9P2W