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海洋是地球最大的活跃碳库，而溶解有机物（DOM）是其中一个关键部分，储存着约662亿吨碳，相当于大气中二氧化碳的储量。DOM不仅参与海洋碳循环，还影响全球气候平衡，尤其在数百到数千年的时间尺度上发挥作用。然而，由于DOM由数百万种化合物组成，大部分在分子层面仍未被完全表征，这使我们难以精确量化其转化和循环模式。随着北极升温速度是全球平均的4倍，极地环境中的生态系统正在发生剧烈变化，浮游植物群落及其生产的DOM也随之改变。这些变化可能重塑微生物食物环，进一步影响碳的存储和释放过程。然而，北极特定区域如Baffin湾的DOM循环研究却非常有限，尤其是稳定性较高的难降解DOM（RDOM）的循环特性。
Baffin湾是北极地区一个生态丰富且初级生产力高的海域。这篇研究通过质子核磁共振（1H-NMR）技术，首次对DOM中的两种关键成分进行了深入分析。其中易降解的碳水化合物（LDOM, Labile DOM）是指生物利用效率高，快速参与上层水体的碳循环。难降解的羧基富含脂环分子（CRAM, Carboxyl-Rich Alicyclic Molecules）：被认为是生物难以利用的碳库。传统研究方法（如超滤和固相萃取）在分离DOM时存在偏差，导致未能全面揭示CRAM的真实分布和循环特性。
2024年10月9日，发表在《Nature communications》的研究论文：Cycling of labile and recalcitrant carboxyl-rich alicyclic molecules and carbohydrates in Baffin Bay，通过对整个DOM的直接分析，挑战了CRAM作为“生物难以降解”的既有观点。
研究发现，CRAM不是完全“难降解”。表层水体中的CRAM浓度高于深层，而在深层有21%-43%的表层CRAM被移除，表明CRAM不仅参与深海长时间碳储存，还可能在表层海洋中快速降解，参与短周期的碳循环。CRAM是DOM的重要组成部分。在Baffin湾，CRAM占溶解有机碳总量的37%-61%，显著高于以往研究（8%-28%）。与碳水化合物相比，CRAM的损失速度更快，显示其在生物降解和光化学氧化中具有一定的活跃性。表层和深层水体中碳水化合物浓度的变化较小，但深层仍存在6-7 μmol C kg⁻¹的剩余量，表明它们对深海微生物的持续贡献。
这项研究的成果为北极快速变化的气候背景下海洋DOM循环提供了新视角：CRAM不仅仅是难以降解的“惰性碳库”，它在一定条件下也可能迅速降解。Baffin湾的DOM由活跃和惰性两种碳库共同构成，CRAM和碳水化合物的动态循环相互交织。如果CRAM的动态特性在其他海域中也得到验证，它可能需要在全球海洋碳预算中占据更重要的位置。
Map of major current systems (Baffin Island Current and Western Greenland Current) and sample site locations in Baffin Bay.Section plots following the transects within two major current systems in Baffin Bay; West Greenland Current (A, B, C) and Baffin Island Current (D, E, F).
参考文献
McKee, K., Abdulla, H., O’Reilly, L. et al. Cycling of labile and recalcitrant carboxyl-rich alicyclic molecules and carbohydrates in Baffin Bay. Nat Commun 15, 8735 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53132-5
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