มหาสมุทรแปซิฟิกเหนือเขตร้อนตะวันออก (ETNP) เป็นเขตที่มีปริมาณออกซิเจนต่ำ (OMZ) ขนาดใหญ่ คงอยู่ยาวนาน และทวีความรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งคิดเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของพื้นที่ OMZ ทั้งหมดทั่วโลก ภายในแกนกลางของ OMZ (ความลึกประมาณ 350–700 เมตร) ปริมาณออกซิเจนละลายมักจะอยู่ใกล้หรือต่ำกว่าขีดจำกัดการตรวจวัดของเซนเซอร์สมัยใหม่ (ประมาณ 10 นาโนโมลาร์) การเปลี่ยนแปลงของปริมาณออกซิเจนอย่างรวดเร็วทั้งเหนือและใต้แกนกลางของ OMZ นำไปสู่โครงสร้างแนวดิ่งของชุมชนจุลินทรีย์ที่แตกต่างกันระหว่างกลุ่มขนาดที่เกาะติดกับอนุภาค (PA) และกลุ่มขนาดที่ลอยตัวอิสระ (FL) ในที่นี้ เราใช้การจัดลำดับแอมพลิคอน 16S (iTags) เพื่อวิเคราะห์ความหลากหลายและการกระจายตัวของประชากรโปรคาริโอตระหว่างกลุ่มขนาด FL และ PA และในช่วงของสภาวะรีดอกซ์แวดล้อม สภาพทางอุทกวิทยาในพื้นที่ศึกษาของเราแตกต่างจากที่เคยรายงานไว้ใน ETNP และ OMZ อื่นๆ เช่น ETSP ตรวจพบความเข้มข้นของออกซิเจนในปริมาณเล็กน้อย (ประมาณ 0.35 μM) ทั่วทั้งแกน OMZ ณ ตำแหน่งที่เราทำการเก็บตัวอย่าง ดังนั้นจึงไม่พบการสะสมของไนไตรต์ซึ่งมักพบในแกน OMZ และไม่พบลำดับของแบคทีเรียแอนแนมม็อกซ์ (สกุล Brocadiales)แคนดิดาตัสScalindua) ซึ่งมักพบได้ทั่วไปตามขอบเขตระหว่างบริเวณที่มีออกซิเจนและไม่มีออกซิเจนในระบบอื่นๆ อย่างไรก็ตาม การกระจายตัวของแบคทีเรียที่ออกซิไดซ์แอมโมเนีย (AOB) และอาร์เคีย (AOA) และอัตราการดูดซับคาร์บอนแบบออโตโทรฟิกสูงสุด (1.4 μM C d)–1) สอดคล้องกับความเข้มข้นของแอมโมเนียมที่เด่นชัดใกล้กับส่วนบนของแกน OMZ นอกจากนี้ สมาชิกของสกุลไนโตรสปินาพบกลุ่มแบคทีเรียที่ออกซิไดซ์ไนไตรต์ (NOB) ที่เด่นชัด ซึ่งบ่งชี้ว่าทั้งการออกซิเดชันของแอมโมเนียและไนไตรต์เกิดขึ้นที่ความเข้มข้นของออกซิเจนต่ำ การวิเคราะห์ความคล้ายคลึงกัน (ANOSIM) และการจัดเรียงมิติแบบไม่ใช้เมตริก (nMDS) เผยให้เห็นว่าการแสดงทางวิวัฒนาการของแบคทีเรียและอาร์เคียมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญระหว่างกลุ่มขนาดต่างๆ จากข้อมูล ANOSIM และโปรไฟล์ iTag องค์ประกอบของกลุ่ม PA ได้รับอิทธิพลจากระบอบชีวธรณีเคมีที่ขึ้นอยู่กับความลึกน้อยกว่ากลุ่ม FL จากการมีอยู่ของ AOA, NOB และออกซิเจนต่ำในแกน OMZ เราจึงเสนอว่ากระบวนการไนตริฟิเคชันเป็นกระบวนการที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในวัฏจักรไนโตรเจนของภูมิภาคนี้ใน ETNP OMZ
การแนะนำ
เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและกิจกรรมของมนุษย์ในพื้นที่ ความเข้มข้นของออกซิเจนละลายในน้ำจึงลดลงในมหาสมุทรเปิดและในระบบนิเวศทางทะเลชายฝั่ง (ไบรท์เบิร์กและคณะ, 2018). การสูญเสียออกซิเจนโดยประมาณจากมหาสมุทรเปิดในช่วง 60 ปีที่ผ่านมาเกินกว่า 2% (Schmidtko และคณะ, 2017) ก่อให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับผลที่ตามมาจากการขยายตัวของเขตที่มีออกซิเจนต่ำ (พอลเมียร์และรูอิซ-ปิโน, 2009เขตออกซิเจนต่ำในมหาสมุทรเปิด (OMZ) เกิดขึ้นเมื่อการผลิตขั้นต้นที่ผิวน้ำในปริมาณสูงกระตุ้นความต้องการออกซิเจนทางชีวภาพในน้ำใต้ผิวน้ำ ซึ่งเกินอัตราการระบายอากาศทางกายภาพที่ระดับความลึก ความเข้มข้นของออกซิเจนในมวลน้ำของ OMZ อาจมีความลาดชันสูง (oxycline) ทั้งด้านบนและด้านล่างของแกนกลางที่ขาดออกซิเจน ทำให้เกิดชั้นที่มีออกซิเจนต่ำ (โดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 2 ถึง ∼90 μM) ชั้นที่มีออกซิเจนปานกลาง (<2 μM) และชั้นที่ไม่มีออกซิเจน (ต่ำกว่าขีดจำกัดการตรวจจับ (∼10 nM)) ที่มีขนาดแตกต่างกันไปเบอร์ตาญอลลีและสจ๊วต, 2018). ความแตกต่างของระดับออกซิเจนนำไปสู่โครงสร้างแนวตั้งของชุมชนสัตว์หลายเซลล์และจุลินทรีย์ รวมถึงกระบวนการทางชีวธรณีเคมีตามแนวความแตกต่างของระดับออกซิเจนที่กว้างขวางเหล่านี้ (เบลมาร์และคณะ, 2011).
มีการบันทึกอัตราการสูญเสียไนโตรเจนที่สูงที่สุดบางส่วนในเขตที่มีออกซิเจนต่ำ (OMZ) ของมหาสมุทรแปซิฟิกเหนือเขตร้อนตะวันออก (ETNP) และมหาสมุทรแปซิฟิกใต้เขตร้อนตะวันออก (ETSP)คอลล์เบ็คและคณะ, 2017;เพนน์และคณะ, 2019) แอ่งคาริอาโกที่มีการแบ่งชั้นอย่างถาวร (มอนเตสและคณะ, 2013) ทะเลอาหรับ (วอร์ดและคณะ, 2009) และ OMZ ของระบบการไหลขึ้นของน้ำเบงเกลา (คูเปอร์สและคณะ, 2005ในระบบเหล่านี้ กระบวนการทางจุลชีววิทยาของการลดไนเตรตแบบปกติ (การลดไนเตรตแบบเฮเทอโรโทรฟิกไปเป็นสารประกอบไนโตรเจนขั้นกลาง และมักจะไปเป็นก๊าซไดไนโตรเจน) และแอนแนมม็อกซ์ (การออกซิเดชันแอมโมเนียมแบบไม่ใช้ออกซิเจน) นำไปสู่การสูญเสียไนโตรเจน ซึ่งอาจจำกัดการผลิตขั้นต้นได้วอร์ดและคณะ, 2007นอกจากนี้ การปล่อยก๊าซไนตรัสออกไซด์ในมหาสมุทร (ก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพสูง) จากกระบวนการดีไนตริฟิเคชันของจุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นในเขตที่มีออกซิเจนต่ำ (OMZs) คาดว่าจะคิดเป็นอย่างน้อยหนึ่งในสามของการปล่อยก๊าซไนตรัสออกไซด์ตามธรรมชาติทั่วโลก (นาควิและคณะ, 2010).
เขตออกซิเจนต่ำสุด ETNP เป็นเขตออกซิเจนต่ำสุดขนาดใหญ่ ต่อเนื่อง และทวีความรุนแรงขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งคิดเป็นเกือบครึ่งหนึ่งของพื้นที่ทั้งหมดของเขตออกซิเจนต่ำสุดทั่วโลก ตั้งอยู่ระหว่างละติจูด 0–25°N และลองจิจูด 75 และ 180°W (พอลเมียร์และรูอิซ-ปิโน, 2009;Schmidtko และคณะ, 2017เนื่องจากความสำคัญทางนิเวศวิทยา จึงมีการศึกษาชีวธรณีเคมีและความหลากหลายทางชีวภาพของจุลินทรีย์ในพื้นที่ OMZ ต่างๆ ของอุทยานแห่งชาติเอเทอร์โนมอย่างเข้มข้น (เช่นเบแมนและคาโรลัน, 2013;ดูเร็ตและคณะ, 2015;Ganesh และคณะ, 2015;โครโนปูลูและคณะ, 2017;แพ็คและคณะ, 2015;เผิงและคณะ, 2015). งานวิจัยก่อนหน้านี้รายงานว่าออกซิเจนละลายในแกน OMZ นี้ (ความลึกประมาณ 250–750 เมตร) โดยทั่วไปจะอยู่ใกล้หรือต่ำกว่าขีดจำกัดการตรวจวัดเชิงวิเคราะห์ (ประมาณ 10 นาโนโมลาร์)Tiano และคณะ, 2014;การ์เซีย-โรเบลโด และคณะ, 2017อย่างไรก็ตาม บริเวณขอบด้านเหนือของเขตออกซิเจนต่ำ (OMZ) ของ ETNP (ตำแหน่งพื้นที่ศึกษาประมาณ 22°N) ความเข้มข้นของออกซิเจนที่ระดับความลึก 500 เมตร อาจมีค่าเฉลี่ยรายปีระหว่าง 10 ถึง 20 μM (พอลเมียร์และรูอิซ-ปิโน, 2009(ข้อมูลจาก World Ocean Atlas 2013)1ในระหว่างการสำรวจภาคสนามที่รายงานไว้ในที่นี้ เราวัดปริมาณออกซิเจนในแกนกลางของ OMZ ได้ที่ความเข้มข้นเพียงพอ (0.35 μM) เพื่อสนับสนุนกระบวนการจุลินทรีย์แบบใช้ออกซิเจน เช่น การออกซิเดชันของแอมโมเนียมและไนไตรต์ และยับยั้งกระบวนการจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนที่สำคัญบางส่วน กระบวนการจุลินทรีย์แบบใช้ออกซิเจนได้รับการตรวจพบก่อนหน้านี้ในชั้นที่ดูเหมือนจะมีออกซิเจนต่ำหรือไม่มีออกซิเจนใน OMZ ของ ETNP (เผิงและคณะ, 2015;การ์เซีย-โรเบลโด และคณะ, 2017;เพนน์และคณะ, 2019อย่างไรก็ตาม ปัจจัยที่ควบคุมการกระจายตัวและกิจกรรมของกลุ่มจุลินทรีย์ที่มีหน้าที่เฉพาะเจาะจงในเขตที่มีออกซิเจนต่ำยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้
การมีอยู่ของแบคทีเรียไนตริไฟเออร์ในบริเวณที่ตรวจไม่พบออกซิเจนใน OMZ สามารถอธิบายได้จากการเปลี่ยนแปลงตำแหน่งแนวดิ่งของชั้นออกซิเจนเมื่อไม่นานมานี้ เนื่องจากการระบายอากาศของออกซิเจนในแนวดิ่งเป็นระยะๆ ซึ่งอาจนำไปสู่ระดับออกซิเจนในปริมาณเล็กน้อยชั่วคราวภายในแกน OMZ (มุลเลอร์-คาร์เกอร์ และคณะ, 2001;อุลโลอาและคณะ, 2012;การ์เซีย-โรเบลโด และคณะ, 2017สภาวะชั่วคราวดังกล่าวสามารถใช้ประโยชน์ได้โดยประชากรแอโรบิกหรือไมโครแอโรฟิลิก รวมถึงแบคทีเรียไนตริไฟเออร์ นอกจากนี้ อนุภาคที่จมลงมาจากผิวน้ำ (เซลล์ที่รวมตัวกัน ก้อนอุจจาระ และสารอินทรีย์ที่ซับซ้อน) อาจมีออกซิเจนในปริมาณเล็กน้อย (กาเนชและคณะ, 2014ดังนั้น ออกซิเจนและจุลินทรีย์แอโรบิกจึงสามารถถูกลำเลียงไปยังน้ำที่ปราศจากออกซิเจนได้ชั่วคราว ทำให้เกิดกระบวนการเผาผลาญแบบแอโรบิกขึ้นได้โดยเกี่ยวข้องกับอนุภาค อนุภาคเป็นที่ทราบกันดีว่าเป็นแหล่งสำคัญของวัฏจักรทางชีวธรณีเคมีของจุลินทรีย์ (ไซมอนและคณะ, 2002;กาเนชและคณะ, 2014) และสามารถรองรับกระบวนการจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนหรือใช้ออกซิเจนที่แตกต่างกัน ซึ่งไม่พบในสภาวะที่ดำรงชีวิตอิสระ (อัลเดรดจ์และโคเฮน, 1987;ไรท์และคณะ, 2012;ซูเตอร์และคณะ, 2018).
ในการศึกษาครั้งนี้ เราได้ตรวจสอบชุมชนโปรคาริโอตที่อาศัยอยู่บริเวณขอบด้านเหนือของเขตออกซิเจนต่ำ (OMZ) ในอุทยานแห่งชาติเอตตันเพิร์ล (ETNP) และปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่อาจส่งผลต่อการกระจายตัวในแนวดิ่งของพวกมัน โดยใช้การจัดลำดับแอมพลิคอน 16S (iTags) ร่วมกับสถิติหลายตัวแปร เราได้ตรวจสอบสองกลุ่มขนาด ได้แก่ กลุ่มที่ดำรงชีวิตอิสระ (0.2–2.7 ไมโครเมตร) และกลุ่มที่เกาะติดกับอนุภาค (>2.7 ไมโครเมตร ซึ่งรวมถึงอนุภาคและเซลล์โปรติสต์) ที่ระดับความลึกต่างๆ ตามแนวออกซิเจนที่สอดคล้องกับสภาวะรีดอกซ์ที่แตกต่างกัน
เราสามารถจัดหาเซนเซอร์วัดปริมาณออกซิเจนละลายในน้ำที่มีพารามิเตอร์หลากหลาย เพื่อให้สามารถตรวจสอบความเข้มข้นระดับโมเลกุลได้แบบเรียลไทม์ ยินดีให้คำปรึกษา
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
วันที่โพสต์: 5 กรกฎาคม 2567