加州大学欧文分校 信用:Pixabay/CC0公共域 加州大学欧文分校的研究人员通过分析在所有主要海洋区域采集的浮游植物样本的基因得失，绘制了迄今为止最细致入微、分辨率最高的地图，显示了这些光合生物要么在哪里茁壮成长，要么被迫适应有限的关键营养物质——氮、磷和铁
作为新的生物战船计划的一部分，UCI科学家在六艘不同的研究船上进行了八次部署，在大西洋、太平洋和印度洋度过了228天
他们从全球930个地点产生了近1000个海洋宏基因组，采集点之间的平均距离为26
5公里(约16
5英里)
在今天发表在《科学》杂志上的一项研究中，UCI的研究人员解释了他们如何利用微生物基因中嵌入的大量信息——特别是来自浮游植物原绿球菌的信息——作为海洋健康和生产力的生物传感器
从事这一领域工作的海洋学家对理解这些生物如何适应“营养压力”非常感兴趣，营养压力是指寻找或使用它们生长和繁殖所需的基本物质的斗争
“浮游植物是海洋食物网的基础，它们持续负责全球多达一半的二氧化碳固定，因此这些生物的健康和分布非常重要，”资深合著者、UCI地球系统科学教授亚当·马丁尼说
“这些航行中获得的知识将有助于气候学家对浮游植物在调节大气和海洋碳储量中的作用做出更合理的预测
" 由于微生物浮游植物数量庞大，生命周期迅速，研究人员认为，群落组成和基因组含量的变化可以提供环境变化的早期预警，而且比仅仅分析海洋物理和化学要快得多
“许多海洋表层区域的氮、磷和铁的限制几乎不可能通过水样的化学分析来检测；这些元素的数量实在是太少了，”UCI生态学和进化生物学研究生、第一作者卢卡斯·乌斯蒂克说
“但是，量化参与吸收主要营养物质的原绿球菌基因的变化，以及它们的组合，提供了营养压力地理分布的有力指标
" 作者指出，所有的前氯球菌基因组都包含一个特定的基因，该基因允许浮游植物直接吸收海水中可自由获得的无机磷酸盐
但是当这种化合物供应不足时，浮游植物通过获得一种基因来适应，这种基因使细胞能够吸收溶解的有机磷，这种有机磷可以在它们的基因组中检测到
研究人员还研究了环境中不同水平的磷、铁和氮的遗传适应的许多其他例子，以了解浮游植物正在不断做出何种权衡
结果是一张营养压力的全球地图
研究人员还能够确定浮游植物经历两种或两种以上元素共同胁迫的区域，其中一种元素几乎总是氮
该小组的工作揭示了北大西洋、地中海和红海是磷胁迫升高的地区
适应氮胁迫的基因型在所谓的营养低、氧含量高的贫营养区广泛存在，研究取样结果表明广泛适应铁胁迫
对浮游植物基因型的分析证实了通过不同技术估计的营养物胁迫的已知生物地理模式，但也揭示了营养物胁迫和共同胁迫的先前未知区域
在宏基因组分析之前，研究人员对印度洋的营养压力知之甚少，但他们的工作帮助填补了许多空白
他们现在知道阿拉伯海上升流区域是一些铁应力的区域，他们检测到了与向南流动的洋流相关的磷应力，以及其他许多发现
然而，他们说，总有更多的东西需要学习
“我们的工作突出了我们在高纬环境、大部分太平洋和深水生态系统的测量中的差距，”第一作者之一、UCI地球系统科学博士后学者阿利斯·拉金说
“我们在最近的探险中所取得的进步激励着我们去探索并覆盖整个地球
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