科学家对深海沉积物中的真核生物DNA进行大规模测序

深海海底是地球上探索最少的生态系统，尽管它覆盖了地球表面的60%以上。深海沉积物中大量未知的生命，从底栖动物到微生物，帮助回收或封存来自浮游生物群落的沉降(非)有机物，而浮游生物在数量上占主导地位。因此，底栖生态系统支撑着对地球具有重要意义的两大生态系统服务：海洋食物网的健康运作和地质时间尺度上的碳埋藏，这两者都是地球气候的关键调节器。

来自挪威研究中心(NORCE)、Bjerknes气候研究中心、日内瓦大学以及法国的CNRS/Genoscope和IFREMER的研究人员对所有主要大洋盆地的深海沉积物中的真核生物DNA进行了大规模测序，并将这些新数据与Tara Oceans和Malaspina环形全球考察队获得的现有全球规模浮游生物数据集进行对比。这提供了从表层到深海沉积物的整个海洋真核生物多样性的第一个统一视野，使海洋生态问题首次在全球范围内和在海洋的三维空间中得到解决，代表了向 “一个海洋生态学”迈出的重要一步。

NORCE和挪威Bjerknes气候研究中心的研究员、该研究的主要作者Tristan Cordier说：“有了全世界从表面到深海海底的近1700个样本和20亿条DNA序列，高通量环境基因组学极大地扩展了我们研究和了解深海生物多样性、其与上面水体的联系以及全球碳循环的能力。”

什么东西生活在这个黑暗和恶劣的环境中?

通过比较沉积物的DNA序列和来自远洋领域的DNA序列，有可能将本地的底栖生物与从上层水柱到达海底的沉浮物区分开来。结果表明，这种底栖生物的多样性可能比上面的水体大三倍;而且这种多样性是由非常不同的分类群组成的，这些分类群大多是未知的。

“我们将我们的深海底栖动物DNA序列与所有已知真核生物的参考序列进行了比较。我们的数据表明，近三分之二的底栖生物多样性不能归入任何已知的组别，揭示了我们在海洋生物多样性知识方面的一个重大空白，”日内瓦大学遗传学和进化系以及位于索波特的波兰科学院海洋学研究所的教授Jan Pawlowski说。

深海沉积物中的浮游生物DNA能告诉我们什么?

对深海沉积物中浮游生物DNA的丰度和组成的分析证实，极地地区是碳封存的热点地区。此外，沉积物中浮游生物DNA的组成预测了生物泵的强度变化，这是一个将大气中的二氧化碳转移到深海的生态系统过程，从而调节了全球气候。

法国罗斯科夫国家科学研究中心的研究员Colomban de Vargas说：“我们第一次可以了解浮游生物群落的哪些成员对生物泵贡献最大，这可以说是海洋中最基本的生态系统过程。”

深海将如何受到全球变化的影响?

这个基因组数据集代表了现代海洋中整个真核生物多样性的第一个一致快照。它提供了一个独特的机会，从累积的沉积物记录中包含的DNA来重建古代海洋，以评估气候在过去如何影响浮游生物和底栖生物群落。

“我们的数据不仅可以解决关于海洋真核生物的生物多样性、生物地理学和连接性的全球规模问题。它还可以作为一个基础，从古代沉积DNA档案中重建生物泵过去的功能。然后，它将为其在更温暖的海洋中的未来力量提供信息，这对于模拟气候变化下的未来碳循环是很关键的，”Tristan Cordier解释说。

“我们的研究进一步表明，深海生物多样性的研究是极其重要的。大量未知的生物栖息在海底沉积物中，并且一定在生态和生物地球化学过程中发挥着基本作用。如果我们要保护这些巨大的、相对原始的生态系统不受未来可能的人类入侵的影响，并了解气候变化对它的影响，更好地了解这种丰富的多样性是至关重要的。”南安普顿国家海洋学中心的名誉研究员Andrew J. Gooday总结道，他也参与了这项研究。