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在浩瀚的海洋中，有一种微小却极为重要的生物——浮游生物。它们虽个体微小，但在海洋生态系统中扮演着不可或缺的角色。浮游生物构成了海洋食物网的基础，同时在调节地球气候方面也发挥着关键作用，它们通过储存碳来帮助维持地球生态平衡。近期，一项由德国不来梅大学海洋环境科学研究中心（MARUM）和美国伍兹霍尔海洋研究所（WHOI）联合开展的研究，通过分析全球海洋浮游生物的脂质组，揭示了它们如何适应不同的海洋环境。这项研究不仅为我们理解海洋生态系统的复杂性提供了新的视角，还展示了脂质组学在环境科学研究中的巨大潜力。

脂质是海洋生物细胞膜的关键组成部分，对于维持膜的流动性、介导营养物质吸收以及适应环境变化具有重要作用。尽管实验室研究已经揭示了微生物，如细菌和藻类，如何通过改变脂质来适应环境变化。比如，当温度下降时，微生物会增加脂质中的不饱和脂肪酸，让细胞膜保持柔软，防止因为温度低而变得太硬。但在自然海洋环境中，浮游生物的脂质组，包括脂质的种类和数量是如何适应环境变化的仍知之甚少。此前的研究表明，海洋浮游生物的脂肪酸不饱和度（简单来说，就是脂质的“软硬程度”）和海洋温度有关系。温度越高，脂质越“软”；温度越低，脂质越“硬”。但具体是怎么变化的，还有哪些其他因素会影响脂质组，这些都需要进一步研究。

研究人员重新分析了2022年由WHOI发布的关于海洋浮游生物脂质分布的大型数据集，该数据集涵盖了来自大西洋、北太平洋和南极海洋的930个样本，样本采集深度从海面到400米深，涉及3164种脂质。研究采用了加权基因共表达网络分析（WGCNA），这是一种常用于基因组学的方法，能够将功能相关的基因分组为模块，并与特征和环境因素建立联系。通过这种方法，研究人员能够识别出具有相似分布模式的脂质簇（ELs），并进一步分析它们与环境因素的关系。

研究结果显示，浮游生物的脂质分布与其生存环境密切相关。在寒冷的极地和亚极地海洋中，浮游生物展现出最高的脂质多样性。为了保持细胞膜的流动性，它们采用了多种策略，例如缩短脂肪酸链。相反，在热带和亚热带海洋表层，浮游生物表现出非磷脂类物质的富集，这可能是对温暖温度的响应，并可能对生物泵的元素化学计量比产生影响。在这些区域的次表层，高度不饱和的脂质富集，表明浮游植物适应了低光照条件，并为热带和亚热带海洋食物网贡献了不饱和脂肪酸。

研究人员识别出16个结构不同的脂质簇，它们在全球海洋的不同地理和垂直分布中表现出显著差异。例如，EL1和EL8在极地海洋中最为丰富，而EL7和EL16在热带和亚热带海洋中更为常见。在垂直分布上，某些脂质簇的最大相对强度深度与深层叶绿素最大值（DCM）深度一致，表明这些脂质簇可能与浮游植物的光适应有关。

研究还发现，随着温度的升高，脂质中脂肪酸链的平均长度逐渐增加。这种趋势在饱和脂肪酸（SFAs）和多不饱和脂肪酸（PUFAs）中均有所体现。这表明，除了脂肪酸不饱和度的变化外，链长的变化也可能是浮游生物适应温度变化的普遍策略。

在热带和亚热带海洋表层，非磷脂类物质的富集与温度的关系尤为显著。当水温升高时，这些非磷脂类物质会变得更多，尤其是两种糖脂类物质：MGDG和SQDG。这可能说明，在温暖的环境中，某些浮游植物更容易生存和繁殖，这些物质可能帮助浮游植物在高温和强光下更好地进行光合作用。

在热带和亚热带海洋的次表层，也就是比表层更深一点的水层，研究发现与表层相比，某些脂质簇（如EL8和EL16）的相对强度显著增加，尤其是那些富含叶绿体脂质的簇。这表明，次表层可能是热带和亚热带海洋中多不饱和脂肪酸的重要储存库，这对于海洋食物网中的营养传递具有重要意义。

这项研究通过结合环境脂质组学和数据科学，揭示了浮游生物如何通过调整脂质组来适应不同的海洋环境。随着全球气候变化的加剧，海洋环境也在不断变化。浮游生物作为海洋生态系统的基础，其适应能力的研究对于预测和应对未来的海洋环境变化具有重要意义。研究人员表示，未来的研究可以进一步探索浮游生物在不同环境压力下的适应机制，以及这些机制如何影响整个海洋生态系统的结构和功能。此外，结合多学科的研究方法，如基因组学、蛋白质组学和生态建模，将有助于更全面地理解浮游生物在海洋生态系统中的角色。

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编译 | Sara
审核 | YJ
排版 | 绿叶

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来源: 海洋与湿地