Блог

Jun 01, 2023

Сборник бактериальных и архейных единичных

Научные данные, том 10,

Научные данные, том 10, Номер статьи: 332 (2023) Цитировать эту статью

1266 Доступов

22 Альтметрика

Подробности о метриках

Морские воды с дефицитом кислорода, называемые зонами минимума кислорода (ОМЗ) или бескислородными морскими зонами (АМЗ), являются обычными океанографическими особенностями. В них обитают как космополитические, так и эндемичные микроорганизмы, адаптированные к условиям низкого содержания кислорода. Метаболические взаимодействия микробов внутри ОМЗ и АМЗ приводят к совмещенным биогеохимическим циклам, приводящим к потере азота и производству и потреблению климатически активных микроэлементов. Глобальное потепление приводит к расширению и усилению вод с дефицитом кислорода. Поэтому исследования, сосредоточенные на микробных сообществах, населяющих регионы с дефицитом кислорода, необходимы как для мониторинга, так и для моделирования воздействия изменения климата на функции и услуги морских экосистем. Здесь мы представляем сборник из 5129 одноклеточных амплифицированных геномов (SAG) из морской среды, охватывающий репрезентативные геохимические профили OMZ и AMZ. Из них 3570 SAG были секвенированы до различных уровней завершения, что дает представление о геномном содержании и потенциальных метаболических взаимодействиях внутри микробиомов OMZ и AMZ с разрешением штаммов. Иерархическая кластеризация подтвердила, что образцы из аналогичных концентраций кислорода и географических регионов также имели аналогичный таксономический состав, что обеспечило последовательную основу для сравнительного анализа сообществ.

Зоны дефицита кислорода являются распространенной океанографической особенностью (рис. 1), возникающей, когда потребность микроорганизмов в дыхательном кислороде при расщеплении органического вещества превышает доступность кислорода. Эти воды оперативно определяются на основе условий содержания кислорода в диапазоне от дикислородных (20–90 мкМ), субкислородных (1–20 мкМ), бескислородных (менее 1 мкМ) или бескислородных сульфидных (без обнаруживаемого кислорода)1,2. Зоны минимума кислорода в средней воде (OMZ), такие как субтропический круговорот в северной части Тихого океана, представляют собой дизоксические условия, способные поддерживать анаэробный метаболизм посредством микробной реминерализации тонущих твердых частиц органического вещества3 (рис. 1a). Прибрежные и открытые океанские ОМЗ с низким содержанием кислорода, такие как Северо-восточная субарктическая часть Тихого океана (NESAP), представляют собой субоксические условия, включающие окислительно-восстановительный переход для восстановления нитрата (NO3-) (рис. 1a). Бескислородные морские зоны (АМЗ) дополнительно дифференцируются по накоплению нитритов (NO2-) с накоплением сульфидов или без них (сульфидные придонные воды и открытый океан или зоны минимума с низким содержанием кислорода (ОМЗ) соответственно)4,5,6. Например, AMZ в восточной тропической части северной части Тихого океана (ETNP) и восточной тропической южной части Тихого океана (ETSP) представляют собой условия наномолярного кислорода, поддерживающие восстановление NO3- до NO2- и дальнейшее восстановление продуктов азота без накопления сероводорода (H2S) (рис. 1a). Напротив, прибрежные системы апвеллинга, такие как апвеллинг Бенгелы у побережья Намибии, демонстрируют эпизодические сдвиги в дефиците кислорода, поддерживая появление временных сульфидных плюмов (рис. 1а). Бескислородные сульфидные условия также присутствуют в прибрежных фьордах, таких как залив Саанич (SI), где ледниковые подоконники ограничивают циркуляцию водных масс. Сульфидные условия дна наблюдаются и в окраинных морях, например в Балтийском море (рис. 1а).

Геохимические профили зоны минимума кислорода (OMZ) и бескислородной морской зоны (AMZ) и глобальная карта мест отбора проб. (a) Схематизированы различные геохимические профили морских вод с дефицитом кислорода (с изменениями из Ulloa et al., 2012)4. Сплошные линии представляют наблюдаемые данные, а пунктирная линия представляет собой спорадическое событие накопления. (б) Указаны места отбора проб OMZ и AMZ для одноклеточных амплифицированных геномов (SAG). Общее количество (белый) и секвенированный (черный) SAG, полученные из каждого местоположения, обозначены кружком, пропорциональным соответствующему количеству образцов в наборе данных. Океан окрашен в соответствии с самым низким средним статистическим значением концентрации кислорода, указанным для каждой сетки с шагом 1° и 5° в ежегодном Атласе мирового океана NOAA за 2018 год119, при этом белые сетки обозначают места, где данные о концентрации кислорода были недоступны. Места отбора проб из средних вод океана включают Северо-Тихоокеанский субтропический круговорот (NPSG) и Южно-Атлантический субтропический круговорот (SASG). Примеры участков из ОМЗ с низким содержанием кислорода включают северо-восточную субарктическую часть Тихого океана (NESAP). Примеры участков из AMZ включают Восточно-тропический северо-тихоокеанский круговорот (ETNP) и Восточно-тропический южно-тихоокеанский круговорот (ETSP). Участки прибрежных апвеллинговых систем с эфемерным сульфидным дном включают восточно-южно-тихоокеанский прибрежный апвеллинг (ESPCU) и прибрежный апвеллинг Бенгелы (Бенгела). Места отбора проб из сульфидных донных бассейнов включают залив Саанич (SI) и Балтийское море. Координаты геолокализации и количество образцов для каждого местоположения подробно описаны в Таблице 1.