近日，中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室包锐教授课题组在深渊海沟微生物圈方面取得了新进展。团队在国产新锐期刊《Innovation Geoscience》发表了题为“Earthquake-induced redistribution and reburial of microbes in the hadal trenches”的研究成果，提出地震向深渊海沟引入的外来微生物能够参与超深渊碳循环（图1）。
俯冲带板块活动触发了频繁的地震。在俯冲带上方，地震引发海底浊流，造成了大量物质深渊海沟进行横向输送、运移，其中包括附着在沉积物上的微生物。海沟中的深部生物圈参与了超深水环境的物质循环，然而，对于海沟微生物圈组成和性质的调控机制，人类还知之甚少。本研究针对日本海沟沉积物中三次浊流物质样品进行了微生物测序和有机地球化学分析，指出地震对海沟微生物圈的组成和功能有重要的调控作用，地震触发的深海浊流向海沟中引入大量外源微生物，这一过程是地质构造活动影响地球跨圈层物质交换的典型案例。
图1 地震向海沟引入外来微生物参与超深渊碳循环
研究发现，浊流沉积中古菌的群落结构与背景沉积有显著区分，而且拥有更高的丰富度（图2），历次地震所触发的浊流沉积中包含来自于不同海底区域的微生物。这些微生物在进入深渊海沟后，可能以独特的生态功能参与调控海沟中的碳循环。进一步分析表明，在浊流沉积中，微生物群落结构和有机碳的性质存在相关性，古菌可能从浊流沉积向背景沉积进行了转移，而在细菌群落中没有观察到类似的现象。地震带来的微生物在扩散到背景沉积中后，能够对海沟内部的碳循环造成长远的影响。研究同时指出，地震引入的微生物不仅能够改造有机碳，其自身也是重要的碳源。对地震向环太平洋海沟引入微生物碳的初步估算表现出巨大的碳量，并存在空间差异。深渊海沟是表层地球向深部地球传输物质的关键渠道。目前，深部生物圈的下限已经被拓宽至洋壳，这意味着微生物可在俯冲带中继续进行碳的改造。因此，板块俯冲等构造过程可能影响地质时间尺度内深部生物圈的演化和地球系统中跨圈层的碳循环过程。
图2 日本海沟沉积物中的古菌群落结构和丰富度
上述研究工作得到了国家自然科学基金委西太平洋地球系统多圏层相互作用重大研究计划重点项目、山东省杰出青年基金以及交叉创新研究团队青年项目等项目的资助，博士研究生褚梦凡为第一作者，包锐教授为通讯作者。
论文信息：Chu M., Liu J., Li H., et al., (2023). Earthquake-induced redistribution and reburial of microbes in the hadal trenches. The Innovation Geoscience 1(2), 100027.
文章链接：https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2023.100027
