佛罗里达州立大学的海洋学家发现，小型微生物过程与生态系统规模的动力学之间存在显著联系，为驱动海洋碳储存机制提供了新的见解。

来自佛罗里达州立大学地球、海洋和大气科学系（EOAS）的博士毕业生海瑟·福雷尔领导了涵盖多个海域的新研究，发现上层海洋生态系统的条件，如营养物质的可用性和微生物相互作用，在塑造富含碳颗粒物沉入深海的组成方面发挥着重要作用。令人惊讶的是，这些颗粒物即使在深处也继续保留表层生态系统动态的印记，从而影响最终的碳封存方式。

该研究今天发表在《美国国家科学院院刊》上。由于海洋是地球最大的活跃碳汇，从大气中抽取二氧化碳并长期储存其中，因此理解这些过程对于全球碳循环具有重要意义。“这项工作是我博士论文的核心内容，代表了多年实验、坚持不懈和合作的结果，”Forrer说，他去年获得了佛罗里达州立大学的海洋学博士学位。“这对我来说是一个巨大的个人里程碑，并且是对更广泛领域的一大贡献，提供了解决长期存在的、具有全球意义问题的新方法。”

在陆地上，植物通过光合作用吸收二氧化碳，将其转化为有机物和氧气。同样的过程由生活在海洋中的微小植物——浮游植物完成，它们构成了复杂海洋食物网的基础。该系统产生的有机物从肉眼无法看见的微小颗粒到像镍片一样厚的颗粒不等。“其中一些颗粒会从阳光照射的表面沉入海洋深处，有效地从大气中去除碳并储存数十年至数千年”，福雷说。

“然而，当这种有机物质下沉时，它会经历复杂的转化过程，这长久以来一直困扰着科学家们。理解这些变化至关重要，因为它们发生的速度和程度决定了这种碳被锁定的时间长短。”这些转化是由微生物或微生物驱动的，它们通过重塑或降解颗粒来影响有机物的下沉速率。

研究团队从加利福尼亚湾流生态系统和热带印度洋收集了下落的颗粒，以检查它们在沉降至深海过程中发生的分子变化。“海瑟是一位极具动力和智慧的早期职业科学家，”EOAS主席迈克尔·斯图凯尔说，同时也是该研究的合著者。“这项出版物对于理解生物碳泵至关重要，并使我们部门处于该领域的前沿。”

这还凸显了与其他FSU部门和中心合作进行的卓越科学研究，例如总部位于佛罗里达州立大学的国家高磁场实验室，它使我们能够以前所未有的水平表征下沉颗粒中的有机物。“利用国家磁湖中心先进的超高分辨率质谱仪——该仪器借助强大的磁场以极高的精度识别分子——研究人员首次可以直接比较在不同海洋区域和不同深度收集的下沉颗粒的分子组成。" 他们发现，在加利福尼亚上升流区域等营养丰富的地区，由于颗粒物迅速产生并下沉，“新鲜”的碳到达更深的深度时分子变化非常小，这表明存在一个强大的碳封存途径。

相比之下，营养贫乏的区域如墨西哥湾特征明显的下沉颗粒物较慢，这些颗粒物更广泛地被微生物处理，形成后表现出更大的分子变化，并且对碳储存的贡献较少。“这些话题虽然看似与我们的日常生活无关，但实际上却息息相关，”福雷尔说。

“我们呼吸的空气和地球的气候很大程度上受海洋及其研究中所探讨的过程控制。通过更好地理解这些精细过程，我们可以更清楚地了解当今海洋的功能，并更准确地预测在变暖的世界中这些海洋碳储存路径的韧性。”合作与支持此外，除了Stukel外，合作者还包括佛罗里达州立大学海洋学和环境科学教授罗伯特·斯宾塞；来自阿拉斯加东南部大学的佛罗里达州立大学校友及博士后研究员艾米·霍尔；莱斯大学生物科学副教授斯文·克兰兹；分析化学家艾米·麦肯纳（National MagLab的离子回旋共振设施和科罗拉多州立大学）；以及胡安·陈，这是一位国家磁体实验室的研究人员。

文中核心信息奇奇参考自论文 "The molecular-level diagenetic clock of sinking marine organic matter"（Proceedings of the National Academy of Sciences，2025 年），本内容在此相关信息基础上编撰而成，其中配图，未标注出处者，均为自制或公开图库素材。