海洋自养古菌（MGI）和异养古菌（MGII）在南海碳循环过程中的相互作用及沉积记录

Marine archaea (water column) are dominated by Marine Group I (MGI) that is mainly autotrophic and Marine Group II (MGII) that is mainly heterotrophic; both are known to play important roles in global carbon and nitrogen cycles. However, little is known about how MGI and MGII may interact in biogeochemical processes in the ocean; what is even more poorly known is the geological record of such potential interactions that may respond to global climate change in earth history. The aim of this project is to understand the distribution patterns of MGI and MGII in the northern South China Sea, to characterize their physiological and biochemical properties in carbon metabolism, and to decipher their geological record in sediments. Furthermore, we will integrate statistics, bioinformation, and stable isotopes of lipid biomarkers to explore the underlying mechanisms of marine archaea responding to environmental changes in the ocean and establish new proxies for such changes in earth history. The outcome of this project will provide fundamental information in support of the proposed microbial carbon pump theory and evaluating its role in long term carbon cycles in the ocean.

海洋古菌主要由自养古菌Marine Group I (MGI)和异养古菌Marine Group II (MGII)组成，二者被认为在全球海洋碳氮循环过程中起着重要作用。但是目前人们对二者的相互作用还不了解，而这种作用是如何响应全球气候和环境变化的更是知之甚少。本项目拟在物理海洋和沉积过程的宏观框架下，揭示南海北部MGI与MGII分布的变化规律、生理生化特征及其生物标记物在沉积物中的记录，并通过数学多元统计、生物信息学和标记物碳同位素等分析手段，探讨这两类古菌在现代和地质历史时期对海洋环境条件变化的响应过程，建立新的古海洋环境恢复的指标，为微型生物碳泵理论及评价其在长时间周期上海洋碳循环过程中的作用提供科学依据。

海洋浮游古菌主要由自养古菌Marine Group I (MGI)和异养古菌Marine Group II (MGII)组成，前者主要分布在次表层和深层海水，后者主要分布在表层海水。它们都对全球海洋碳氮循环有着重要影响，但是二者之间的相互作用了解较少，而且这种相互作用对全球气候和环境变化的响应尚不清楚。本研究通过分子生物学、生物信息学、有机地球化学等方法分析了珠江口、南海、西北太平洋和马里亚纳海沟等海域的样品中的古菌及其脂类化合物，取得了以下主要成果：1）发现了南海东北部比较特殊的古菌群落结构，其中MGII在全水柱中都占据主导地位，这很可能由于南海东北部强烈频繁的内孤立波等物理海洋过程造成的；2）在南海和马里亚纳海沟发现了从次表层到深层海水中MGI和MGII的丰度存在显著正相关性，通过对宏基因组数据的分析提出了二者在寡营养环境中存在互利生态关系的假说；3）宏基因组和溶解有机碳分析结果表明，珠江口咸淡水混合区MGII的爆发与光合藻类之间存在密切的关系；4）结合分子生物学和脂类定量的研究，发现西北太平洋的MGII古菌也能够产生甘油二烷基甘油四醚（GDGT）化合物，为使用TEX86温度指标更加精确得推测古海水温度提供了依据； 5）对珠江口和南海沉积物古菌脂类组成和同位素分析结果表明，沉积物中GDGTs主要来自水体古菌沉降及部分沉积物自生古菌；南海深部沉积物中的IPL-GDGT很可能主要来自于对应地质历史时期水体中的微生物沉降后被埋藏而保留下来的微生物化石。本项目的研究成果表明MGI和MGII对全球海洋碳循环具有重要影响，其中MGI通过HP/HB途径固碳，MGII则通过降解浮游植物产生的有机质，形成惰性有机质。这些结果为微型生物碳泵理论的发展和完善提供了新的内容和科学依据。在项目执行期间：1）已发表论文32篇和5篇会议论文, 其中SCI论文30篇, 获批中国实用新型专利1项； 2）举办1次国际会议，参加7次国际会议；3）共培养6位博士研究生和3位硕士研究生。项目执行率为91.2% 。