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대조적인 해빙 조건이 허드슨 만(캐나다 북극)의 미생물 먹이사슬을 형성합니다.

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대조적인 해빙 조건이 허드슨 만(캐나다 북극)의 미생물 먹이사슬을 형성합니다.

ISME 커뮤니케이션 2권,

ISME 커뮤니케이션 2권, 기사 번호: 104(2022) 이 기사 인용

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얼음으로 덮인 바다에서 열린 바다로의 전환은 북극과 아북극 지역에서 반복되는 특징이지만, 미생물 다양성과 미생물 먹이사슬에 대한 계단식 영향은 잘 알려져 있지 않습니다. 여기서 우리는 해빙 덮개와 개방 수역 조건에서 허드슨 만(캐나다 아북극)의 미생물 진핵생물, 박테리아 및 고세균 군집을 조사했습니다. 동시 발생 네트워크는 얼음 아래 <3 µm 피코\u2016 식물성 플랑크톤 기반 먹이사슬과 개방 수역에서 >3 µm 나노\u200b마이크로 식물성 플랑크톤 기반 먹이사슬을 밝혀냈습니다. 얼음 가장자리 군집은 피코파이토플랑크톤 마이크로모나스(Micromonas)와 바티코커스(Bathycoccus)의 비율이 높은 개화 후 조건의 특징이었습니다. 나노에서 마이크로까지의 식물성 플랑크톤과 얼음 관련 규조류는 물기둥 전체에서 발견되었으며, 얼음으로 덮인 허드슨 만 중앙과 허드슨 만 북서쪽의 탈라시오시라(Thalassiosira)에서만 발견되는 교감성 멜로시라 북극(Sympagic Melosira arctica)이 발견되었습니다. 종속영양 미생물 진핵생물과 원핵생물은 얼음 상태에 따라 다르며, 이는 깊이에 있는 미생물과 표면 식물성 플랑크톤 증식 상태 사이의 연관성을 암시합니다. 연구 결과에 따르면 개방 수역 시즌이 길어지면 지하 엽록소 최대치(SCM)에 대규모 식물성 플랑크톤 기반 먹이 그물이 형성되어 원양 규조류에서 더 깊은 물로 탄소 수출이 증가하고 허드슨 만 깊은 곳의 영양 수준이 높아질 수 있습니다.

지난 30년 동안 북극은 여름 얼음 면적과 범위에 급격한 변화를 경험했습니다[1, 2]. 이러한 변화는 겨울의 첫 해 얼음 덮개에서 여름의 열린 해양 상태로 전환되는 북극에서 아북극 내륙 바다인 허드슨 만(HB)에서 특히 두드러지며, 가까운 미래에 북극해 전체에 일어날 가능성이 있는 상황입니다. [3, 4]. HB의 해빙 형성과 봄철 해빙의 장기 추세는 1981년에서 2010년 사이에 얼음이 없는 계절이 3주 이상 증가했음을 보여줍니다[5]. HB에 대한 미래 시나리오에서는 해수면 온도와 강수 및 하천 배출을 통한 담수 유입이 증가하여 개방 수역 시즌이 지속적으로 길어지고[6, 7] 미생물 플랑크톤 군집의 다양성과 기능적 역할에 영향을 미칠 것이라고 예측합니다[8, 9].

북극의 연간 1차 생산량 최고치를 설명하는 봄철 식물성 플랑크톤 번성 시기는 얼음 상태와 밀접하게 관련되어 있으며[10] 지속적인 관찰에 따르면 북극 지역에서 더 일찍 번성하는 것으로 나타났습니다[11, 12]. 최근 몇 년 동안 이 최고점은 HB에서 얼음이 부서지는 동안 5~6월에 가장자리 얼음 지대에 있었습니다[13]. 이는 개방 수역에서 지하 엽록소 최대치(SCM)의 형성으로 이어지며[14], 이는 여름과 가을에 지속되는 경향이 있습니다[15, 16]. 우세한 바람의 영향을 받아 봄철 얼음 상태의 변동성은 중부와 북서부 HB 사이의 1차 생산에 큰 시공간적 패턴을 생성합니다[14].

식물성 플랑크톤 번성은 빛과 영양분에 대한 친화력에 따라 지배되는 일련의 종을 특징으로 합니다 [17, 18]. 섬모류와 와편모충류(단세포 미세동물 플랑크톤)의 계절적 패턴도 식물성 플랑크톤 먹이를 밀접하게 따르기 때문에 분명합니다[19]. 더욱이, 식물성 플랑크톤의 번성 및 그에 따른 번성 붕괴 동안 방출된 유기물은 종속영양세균과 미생물 세균의 전문화된 공동체를 위한 일련의 생태적 틈새를 제공합니다[20,21,22]. 식물성 플랑크톤에 의해 방출된 용존 유기물(DOM)은 박테리아 활동과 다양성을 유지하는 고품질 기질의 원천입니다[23,24,25]. HB의 해빙 용융과 관련된 봄철 식물성 플랑크톤 번성이 문서화되었지만 미생물 먹이 그물에 대한 얼음 후퇴의 잠재적 계단식 효과는 현재까지 조사되지 않았습니다. 미생물 먹이사슬의 변형은 영양분 재활용과 유기물질의 깊은 수출을 변화시킬 수 있기 때문에 이는 미래의 HB와 북극해 생태를 이해하고 예측하는 데 매우 중요합니다[29].

2 µm) based on orange phycoerythrin fluorescence (FL2). The pico‒ and nano‒phytoplankton populations with Chl a fluorescence were segregated based on FL3, FL2 and FSC (Supplementary Fig. S1a)./p>20 µm) phytoplankton cell concentrations ranged from 8 cells ml-1 at the bottom of st16 to 4.34 103 cells ml-1 at the SCM of st44 (Supplementary Fig. S3, Table S1). At the surface, nano– and micro‒ phytoplankton cell concentrations showed no significant correlation with diatom ASVs relative abundance in the mix of diatoms and nano‒flagellates in this size category. The correlation was higher with only nano‒flagellate ASV relative abundance, but still not significant. Conversely, there was a significant linear correlation between the smallest taxa belonging to Haptophyta and Chlorophyta ASV relative abundance and pico‒phytoplankton cell concentrations from surface and SCM, with increased pico‒phytoplankton under the ice and a maximum of 1.54 105 cells ml-1 at the SCM of st18. Bacteria (prokaryote) cells showed higher concentrations in the euphotic zone than in the deeper waters, ranging from 1.44 106 cells ml-1 at the surface of st28 to 5.12 105 cells ml-1 at the SCM of st23 (Supplementary Fig. S1)./p>0.9, Spearman >0.87, mutual information >0.61 and Bray–Curtis distance <0.2. The average number of neighbors and the network density, which are two proxies for network connectivity were higher for the 70m-bottom network. Conversely, the network heterogeneity, which reflects the presence of hub nodes in the network was higher for the surface-SCM networks. The distribution of the relative abundance of nodes in the four major subnetworks reflected the regional hierarchical clustering (Supplementary Fig. S9). Nodes affiliated to Colwellia sp., Bacillariophyta and choanoflagellates were the most connected nodes in the northwestern HB subnetwork. In the central HB subnetwork, Syndiniales and Mamiellophyceae (Micromonas spp. and Bathycoccus spp.) represented most of the connected nodes. In the deep northwestern HB, Polaribacter sp., Colwellia sp. and Bacillariophyta had the highest node degree and Syndiniales, Thermoplasmata group II and III and Nitrosopumilales were the most connected nodes in deep central HB. The vertical repartition of the diatom nodes Thalassiosira (ASV 5450) and Melosira arctica (ASV 2805) assessed with rDNA but also found in rRNA showed that these taxa were present at all sampled depths (Fig. 6)./p>45% of total primary production and >85% of carbon export to the deep central Arctic (>4000 m), arriving nearly intact on the sediment surface [88]. The detection of these sympagic cells at depth in HB is consistent with a release of these algae prior sea ice breakup, and on sinking to the bottom, would provide carbon substrate directly to benthic fauna and bacteria./p>