地质微生物功能群: 生命与环境相互作用的重要突破口

微生物类型丰富、数量巨大, 是联系其他生物和环境的重要纽带. 但由于在地质体中保存下来的细菌和古菌缺乏形态和结构的多样性, 不能像动植物那样可以从形态上开展属种水平的研究, 这个难点问题一直影响着地质微生物的研究. 地质微生物功能群因在生理学、生态学和生物地球化学等方面的功能明确, 并能在地质体中留下各种记录而将成为瓶颈突破的关键点, 它是当前古生物学向地球生物学发展的一个重点研究内容. 本文评述了与碳、硫、氮和铁等重要元素代谢和循环有关的地质微生物功能群的特点、起源及其在地质体中的识别标志,分析了这些微生物功能群在参与形成地质历史时期的异常气候、硫化海洋、低浓度硫酸盐海洋、地质营养条件以及前寒武纪条带状铁建造等方面的重要作用.     

古生代-中生代之交海洋生物泵演变与浮游革命

探究深时海洋生物泵的演变,对理解现代海洋碳循环的过程和机制有重要启示意义.显生宙海洋生物泵主要包括两种类型:古生代型(古生代-中三叠世)和现代型(晚三叠世-现代).古生代型生物泵以浅海底栖藻类和浮游疑源类为主导,现代型由远洋超微浮游生物主导.此外,在二叠纪-三叠纪之交大灭绝这一特殊地质历史时期,由于古生代型的海洋生物泵遭到摧毁,海洋的碳循环被扰乱,海洋中短暂出现了由蓝细菌和其他自养细菌为主导的特殊生物泵.化石记录表明,浮游藻类(颗石藻和沟鞭藻)在晚三叠世起源并在侏罗纪快速辐射,促进了现代型远洋浮游生态系统的建立,即“中生代海洋浮游革命”.这被认为是中生代海洋化学革命的关键驱动因素,同时也驱动了海洋底栖生态系统的重组(中生代海洋动物革命).浮游藻类的繁盛增强了远洋生物泵和碳酸盐泵的固碳能力,提升了海洋生态系统对碳循环扰动的缓冲能力.因此,关键海洋生产者的起源、演化及控制因素是深时碳循环领域未来需要重点研究的科学问题.     

古生代-中生代之交海洋生物泵演变与浮游革命

探究深时海洋生物泵的演变,对理解现代海洋碳循环的过程和机制有重要启示意义.显生宙海洋生物泵主要包括两种类型:古生代型(古生代-中三叠世)和现代型(晚三叠世-现代).古生代型生物泵以浅海底栖藻类和浮游疑源类为主导,现代型由远洋超微浮游生物主导.此外,在二叠纪-三叠纪之交大灭绝这一特殊地质历史时期,由于古生代型的海洋生物泵遭到摧毁,海洋的碳循环被扰乱,海洋中短暂出现了由蓝细菌和其他自养细菌为主导的特殊生物泵.化石记录表明,浮游藻类(颗石藻和沟鞭藻)在晚三叠世起源并在侏罗纪快速辐射,促进了现代型远洋浮游生态系统的建立,即“中生代海洋浮游革命”.这被认为是中生代海洋化学革命的关键驱动因素,同时也驱动了海洋底栖生态系统的重组(中生代海洋动物革命).浮游藻类的繁盛增强了远洋生物泵和碳酸盐泵的固碳能力,提升了海洋生态系统对碳循环扰动的缓冲能力.因此,关键海洋生产者的起源、演化及控制因素是深时碳循环领域未来需要重点研究的科学问题.     

海洋生物碳泵的地质演化:微生物的碳汇作用

包括生物泵(biological pump, BP)和微型生物碳泵(microbial carbon pump, MCP)在内的海洋生物碳泵,是海洋生态系统通过碳循环调节地球环境变化的关键途径之一,对宜居地球起到增氧、减碳和降温等方面的作用.总体上,人们对地质时期海洋生物碳泵了解得很少,基本是粗线条的框架性认识.生物经历了从原核生物到藻类再到多细胞动物的演化,生态系统也经历了从扁平到立体的大革新.生物圈的这些变化导致海洋生物碳泵出现阶段性的演化.总体缺氧的太古宙海洋主要以单细胞微生物为主,合成有机质的微生物个体很难沉降,但能够在海洋里形成大量的惰性溶解有机碳(recalcitrant dissolved organic carbon, RDOC), MCP的贡献比较大,而BP相对较弱.藻类在元古宙起源而加入了生物碳泵,因细胞变大而增强了BP的作用,但MCP的作用也大,在晚新元古代形成大型溶解有机碳(dissolved organic carbon, DOC)库.在整体氧化的显生宙海洋,多细胞动物虽不能固碳但却加强了BP作用.生物的这些演化导致BP的效率不断提高,使得海洋对碳循环的缓冲作...