南海海马冷泉沉积物中氨基酸与氨基糖揭示的有机质微生物降解过程及其对碳氮循环的启示

本文通过分析南海海马冷泉沉积物中的氨基酸（AAs）和氨基糖（ASs），系统揭示了冷泉环境中有机质（OM）的降解特征与微生物驱动机制。研究指出甲烷厌氧氧化（AOM）显著促进有机质降解，并首次强调真菌来源碳（FDC）对总有机碳（TOC）的贡献超过细菌来源碳（BDC-C%），为深入理解冷泉生态系统碳氮循环提供了分子水平证据。

　　

Highlight

冷泉作为海底生命的绿洲，在碳氮循环中扮演关键角色。本研究采用氨基酸（AAs）和氨基糖（ASs）作为生物标志物，揭示南海海马冷泉三个沉积物岩芯中有机质（OM）的特性。结果显示AA浓度（1.31 ± 0.64 μmol/g）显著高于ASs（0.27 ± 0.09 μmol/g）。亮氨酸、苯丙氨酸（Phe）和异亮氨酸主导AA组成，而氨基糖则以葡萄糖胺（GlcN）和半乳糖胺为主。基于AA的降解指数（DI）平均值约为-0.3，表明冷泉沉积物中的OM处于高度降解状态。

与贫甲烷沉积物相比，富甲烷沉积物表现出更低的AA浓度，暗示微生物过程（如甲烷厌氧氧化AOM）可能加速OM降解。这一推论进一步得到以下证据支持：Phe比例降低、胞壁酸（MurA）浓度下降、细菌来源碳氮贡献（BDC-C%、BDN-N%）减少，以及GlcN/MurA比值升高。此外，产甲烷带中AA的显著消耗可能反映其作为关键可发酵底物的重要作用。值得注意的是，渗漏区真菌来源碳（FDC）对TOC的贡献甚至超过BDC-C%，这凸显了真菌在冷泉微生物碳库中被低估的作用。

Conclusion

本研究系统分析了南海海马冷泉三个沉积物岩芯中的AAs和ASs，阐明了渗流活动对OM降解和微生物贡献的影响。冷泉沉积物中AA和AS水平均低于全球平均值，这可能归因于沉积过程中输入减少和降解增强。在降解指标中，DI指数、AA-C%和AA-N%被证明是评估OM降解状态最可靠的指标。