为了扭转世界海洋健康状况下降的趋势，联合国 (UN) 已宣布 2021 年至 2030 年为海洋科学促进可持续发展十年。科学倡议的一项关键要求是关于现有全球海洋状况的数据。得益于 Tara Oceans 探险队，一个重要的数据宝库已经可用从地表到1000米深。
11 月 14 日发表在《细胞》杂志上的两篇论文是最新的一篇论文，它们使用在塔拉海洋探险期间收集的样本和数据来分析整个星球浮游生物的多样性我们的海洋。一项研究侧重于地球海洋中浮游生物的多样性，而另一项研究则评估微生物群落之间的基因表达，以此来预测这些群落如何适应不断变化的环境条件。
不同纬度的浮游生物多样性
“海洋中的一切都是相互关联的，这意味着它有可能四处移动，”巴黎高等师范学院生物研究所 (IBENS) 的国家科学研究中心 (CNRS) 科学家克里斯·鲍勒 (Chris Bowler) 说。浮游生物研究的共同资深作者。“这使得在全球范围内组装所有东西变得非常重要。进行深入分析还使我们能够捕捉到生物圈中的稀有生物以及那些更丰富的生物。”
“我们的研究侧重于浮游生物，因为它在生物量、丰度和多样性方面是海洋生态系统的主要贡献者，”IBENS 的共同资深作者 Lucie Zinger 说。“所有类型的生命在浮游生物中都有代表——细菌、古生菌、原生生物、动植物以及病毒。但这种多样性中的大部分是肉眼看不见的。”
该论文报告说，从巨型病毒到小动物，绝大多数浮游生物群落都遵循纬度上的多样性梯度，其中最接近两极的多样性水平最低。“海洋温度是造成这种模式的主要原因，”辛格指出。“气候变化导致的海洋变暖很可能导致温带和极地水域浮游生物多样性‘热带化’或增加。其后果尚不清楚，但我们知道这些地理区域目前对不同的生态系统非常重要服务，包括渔业和碳封存。”
这项研究的一个创新方面是它结合了成像和基于 DNA 的技术来评估浮游生物多样性。“我们非常了解如何处理来自 DNA 序列的信息，”鲍勒说。“但图像要复杂得多。我们观察到这些生物的许多不同形态和不同行为。还有许多新生物和它们之间新的相互作用有待发现。”
了解不同海洋深度和地理区域的微生物活动
转录组研究结合了宏基因组和宏转录组数据，使该团队能够分析跨深度和纬度梯度的海洋微生物群落中存在哪些基因以及哪些基因被打开。以前关于海洋微生物生命多样性的研究主要集中在基因组上。这是第一次在全球范围内研究转录组。
ETH 微生物学研究所和瑞士生物信息学研究所的资深作者 Shinichi Sunagawa 说：“观察转录组不仅对于确定存在哪些微生物很重要，而且对于确定这些微生物在光合作用和养分吸收等活动方面的实际作用也很重要。”苏黎世。“我们的目标之一是了解微生物群落是否会随着它们相对于彼此的组成变化或这些群落内基因表达模式的变化而适应环境和温度变化。”
研究人员发现，在分类学、基因组和转录组学组成方面，地表水与深水以及极地与非极地地区之间存在明显的生态边界。他们预计会看到其中一些变化——例如光合生物相对于水深的水平差异。但其他一些观察结果却出乎意料。
“我们没想到会发现元转录组组成变化的潜在机制的生物地理学模式。具体来说，我们发现极地群落的差异主要由生物体组成的变化决定，而在非极地水域，差异主要是由表达的变化决定的。基因，”砂川说。他补充说，他的团队还惊讶地发现了北极深水固氮细菌的基因组和转录组证据。
“每一滴海水都充满了微生物，它们在与地球生命相关的许多过程中发挥着核心作用，”他指出。“了解决定这些生物多样性、组成和活动的生态因素对于更好地建模和预测未来的偏差至关重要，尤其是在气候变化的情况下。”
来自 Tara Oceans 探险队的数据的一个限制是，样本是在相对较短的时间内收集的，不到四年。这使得很难观察到当今海洋中与气候变化有关的任何可衡量的趋势。研究人员表示，需要进行更长期的研究来解释酸化、脱氧和污染等因素的变化。
面对气候变化呼吁海洋科学
研究人员研究了迄今为止阻止海洋可持续性政策变化的障碍，并在 11 月 14 日发表在新细胞出版社期刊One Earth 上的 Perspective 中提出了克服这些挑战的策略。
“正如 2019 年发布的生物多样性和生态系统服务政府间科学政策平台全球评估和 IPCC 海洋和冰冻圈特别报告所揭示的那样，现在迫切需要参与可持续的途径，” CNRS 的通讯作者 Joachim Claudet 说。他补充说，海洋可持续性面临的主要威胁是对鱼类、贝类和其他生物的过度开发;陆地和海洋污染;和土地/海洋利用变化，包括沿海基础设施和水产养殖开发;和气候变化。
“我们需要科学来开发证据，以更好地为政策提供信息，以实施可行的解决方案，以及可以更好地影响社会的运营和变革行动，从地方到全球，”他说。“Tara 探险有多重价值。它们使我们能够在海洋尺度上收集当地的自然、化学和物理原位数据。这些数据可以用于基础和应用研究。Tara 的外展计划也可以成为最需要改变对海洋既宝贵又脆弱的看法。”
